JP2009016236A - Dye-sensitized solar cell - Google Patents

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宏明 伊東
Takahiko Nojima
隆彦 野島
Yusuke Kawahara
雄介 川原
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    • Y02E10/542Dye sensitized solar cells

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a dye-sensitized solar cell which is improved in extraction efficiency of photoelectrons injected into a porous semiconductor membrane by optimally designing the composition and coloring matter of the porous semiconductor membrane adsorbing the coloring matter, and, in addition, has high efficiency. <P>SOLUTION: The dye-sensitized solar cell has a structure including: an anode electrode, on which a layer consisting of a porous semiconductor membrane layer adsorbing at least a sensitizing dye is formed on a surface of a transparent conductive substrate; and a cathode electrode facing the porous semiconductor membrane layer of the anode electrode, in which an electrolyte is sealed between the two electrodes that are the anode and cathode electrodes, wherein the porous semiconductor membrane layer includes at least two semiconductor compositions having different energy levels of a conduction band and is layered so that the energy levels of the conduction band stepwise or sequentially decrease toward the transparent conductive substrate, and the porous semiconductor membrane layer adsorbs at least two sensitizing dyes. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は色素増感型太陽電池に関する。更に詳しくは、半導体組成および色素を最適に用いることで光電子の取り出し効率を向上させた高効率な色素増感型太陽電池に関する。   The present invention relates to a dye-sensitized solar cell. More specifically, the present invention relates to a highly efficient dye-sensitized solar cell in which photoelectron extraction efficiency is improved by optimally using a semiconductor composition and a dye.

色素増感型太陽電池は一般的な印刷工程で製造できる構成から、素材・プロセス両面で大幅なコスト低減が期待され、シリコン系、GaAs系、CIS系などに続く次世代の太陽電池として注目を集めている。この色素増感型太陽電池は、半導体表面に吸着させた色素分子が太陽光を吸収し、色素のLUMO(最低空軌道)から半導体のCB(伝導帯)へ電子注入が起こることで所謂分光増感を行う。色素分子は半導体表面に吸着基を介して結合させるため、一般的には単分子層であるとされる。即ち、太陽電池セルに入射した光を高い効率で電子に変換させるためには、色素の光吸収能を向上させる技術が必要である。それに対し大きなブレイクスルーを果たしたのが、酸化チタンの超微粒子を適度な空孔を含む多孔質膜として形成させたことにある。   Dye-sensitized solar cells have a structure that can be manufactured in a general printing process, and are expected to greatly reduce costs in terms of both materials and processes, and are attracting attention as next-generation solar cells following silicon, GaAs, and CIS systems. Collecting. In this dye-sensitized solar cell, the dye molecules adsorbed on the semiconductor surface absorb the sunlight, and so-called spectral enhancement is caused by electron injection from the dye LUMO (lowest orbital) to the semiconductor CB (conduction band). Do a feeling. Since the dye molecule is bonded to the semiconductor surface via an adsorbing group, it is generally considered to be a monomolecular layer. That is, in order to convert light incident on the solar cell into electrons with high efficiency, a technique for improving the light absorption ability of the dye is required. On the other hand, a major breakthrough was achieved by forming titanium oxide ultrafine particles as a porous film containing appropriate pores.

この多孔質膜中の粒子表面に色素分子を単分子吸着させることで、光吸収/電子注入サイトの比表面積を数千倍にまで高めることを可能にし、太陽電池セルに入射した太陽光を効率よく電子に変換することができる。色素から注入された電子は、酸化チタン多孔質膜中を高効率に拡散し透明電極に到達する。一方で、電子を失った色素は電解質中のヨウ素イオンから電子を受け取る。さらには電子を渡したヨウ素イオンが対極のPt基板上で電子を受け取る。色素増感型太陽電池は、この一連の光吸収・酸化還元過程を経て外部回路を駆動する。   By adsorbing a single molecule of a dye molecule on the particle surface in this porous film, the specific surface area of the light absorption / electron injection site can be increased to several thousand times, and the sunlight incident on the solar cell is efficiently used. Can be converted to electrons well. Electrons injected from the dye diffuse efficiently in the titanium oxide porous film and reach the transparent electrode. On the other hand, a dye that has lost electrons receives electrons from iodine ions in the electrolyte. Furthermore, the iodine ions that have passed the electrons receive the electrons on the counter electrode Pt substrate. The dye-sensitized solar cell drives an external circuit through this series of light absorption / oxidation reduction processes.

色素増感型太陽電池に用いられる半導体電極は、酸化チタンを主成分とするナノポーラス構造が一般的である。この酸化チタン膜は、色素吸着量に依存し電子の失活過程である電子とホールの再結合が生じにくい特性を持っており、ナノポーラス構造にキャリア移動の機能を持たせる上で都合がよい。しかしながら、酸化チタン多孔質膜中で、励起色素から注入されたキャリア(電子)は、浅いトラップへのトラップ/デトラップを繰り返し、ランダムな拡散過程を経て透明導電性層へと到達するため、どうしても途中の過程で色素カチオンへの再結合、半導体中ホールとの結合による失活、電解質への漏電といったロスを生じる可能性がある。   A semiconductor electrode used for a dye-sensitized solar cell generally has a nanoporous structure mainly composed of titanium oxide. This titanium oxide film has characteristics that depend on the amount of dye adsorbed and hardly causes recombination of electrons and holes, which is an electron deactivation process, and is convenient for providing a nanoporous structure with a carrier transfer function. However, in the titanium oxide porous film, carriers (electrons) injected from the excitation dye repeatedly trap / detrap into shallow traps and reach the transparent conductive layer through a random diffusion process. In the process, loss such as recombination to the dye cation, deactivation due to bonding with holes in the semiconductor, and leakage to the electrolyte may occur.

注入された光電子を効率よく集電させる方法として、半導体層中のエネルギー準位が異なる複数の領域によって半導体層が形成され、半導体層中のエネルギー準位が電荷キャリア取り出し方向に段階的及び/又は連続的に低下している領域を有することを特徴とする色素増感型光電変換装置(例えば、特許文献1参照)がある。ここでは半導体の伝導帯のエネルギー準位を、電荷キャリア取り出し方向に、つまり透明導電性基板に向かって勾配をつけることで、注入された光電子を熱的な拡散だけでなく電場勾配を利用して効率よく集電させる技術である。しかしながら、その効果について十分に議論されておらず、また実際にはその効果は小さなものであった。
特開2004−87148号公報
As a method for efficiently collecting injected photoelectrons, a semiconductor layer is formed by a plurality of regions having different energy levels in the semiconductor layer, and the energy levels in the semiconductor layer are stepwise and / or in the charge carrier extraction direction. There is a dye-sensitized photoelectric conversion device (see, for example, Patent Document 1) characterized by having a continuously decreasing region. Here, the energy level of the conduction band of the semiconductor is graded in the charge carrier extraction direction, that is, toward the transparent conductive substrate, so that the injected photoelectrons can be utilized not only by thermal diffusion but also by using an electric field gradient. It is a technology that collects electricity efficiently. However, the effect was not fully discussed, and in fact the effect was small.
JP 2004-87148 A

本発明は上述したような従来の課題を解決するためのもので、その目的は、色素が吸着した半導体多孔質膜の組成および色素を最適に設計することで、半導体多孔質膜中に注入された光電子の取り出し効率を向上させ、更に高効率な色素増感型太陽電池を提供することにある。   The present invention is to solve the conventional problems as described above, and its purpose is to optimize the composition of the semiconductor porous film to which the dye is adsorbed and the dye to be injected into the semiconductor porous film. Another object is to provide a dye-sensitized solar cell with improved photoelectron extraction efficiency and higher efficiency.

本発明は色素が吸着した半導体多孔質膜の組成および色素を最適に設計することで前記課題の解決に至り、ここに技術開示するものである。以下にその具体的手段について説明する。   The present invention solves the above-mentioned problems by optimally designing the composition of the semiconductor porous film to which the dye is adsorbed and the dye, and the technical disclosure is provided herein. Specific means will be described below.

1.透明導電性基板の表面に、少なくとも増感色素を吸着させた半導体多孔質膜層からなる層を形成させたアノード電極と、該アノード電極の半導体多孔質膜層の側に対向するカソード電極、及び前記アノード電極とカソード電極の2枚の電極間に電解質を封止した構成を有する色素増感型太陽電池において、該半導体多孔質膜層が伝導帯のエネルギー準位が異なる少なくとも2種以上の半導体組成からなり、且つ、前記透明導電性基板に向かって段階的にもしくは連続的に伝導帯のエネルギー準位が低くなるように積層され、更に、前記半導体多孔質膜層に少なくとも2種以上の増感色素が吸着していることを特徴とする色素増感型太陽電池。   1. An anode electrode in which a layer composed of at least a semiconductor porous film layer on which a sensitizing dye is adsorbed is formed on the surface of a transparent conductive substrate; a cathode electrode facing the semiconductor porous film layer side of the anode electrode; and In the dye-sensitized solar cell having a configuration in which an electrolyte is sealed between the two electrodes of the anode electrode and the cathode electrode, the semiconductor porous film layer has at least two kinds of semiconductors having different energy levels in the conduction band It is laminated so that the energy level of the conduction band decreases stepwise or continuously toward the transparent conductive substrate, and at least two or more types of increase are added to the semiconductor porous film layer. A dye-sensitized solar cell, wherein a dye-sensitizing dye is adsorbed.

2.前記増感色素が、少なくともLUMOレベルの異なる2種以上の色素からなることを特徴とする前記1記載の色素増感型太陽電池。   2. 2. The dye-sensitized solar cell as described in 1 above, wherein the sensitizing dye comprises at least two kinds of dyes having different LUMO levels.

3.前記増感色素の少なくとも1種が、下記一般式(1)または下記一般式(2)で示される色素であることを特徴とする前記1又は2記載の色素増感型太陽電池。   3. 3. The dye-sensitized solar cell according to 1 or 2, wherein at least one of the sensitizing dyes is a dye represented by the following general formula (1) or the following general formula (2).

Figure 2009016236
Figure 2009016236

(式中、X11〜X14及びX21〜X26は、それぞれ独立に酸素原子、硫黄原子、セレン原子のいずれかを表し、R12、R13、及びR22、R23はそれぞれ独立に水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、アルケニル基、アリール基、複素環基、ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基、ヒドロキシ基、メルカプト基、カルボキシル基、カルボニル基、オキシカルボニル基、カルバモイル基、アルコキシ基、複素環オキシ基、カルボニルオキシ基、ウレタン基、スルホキシル基、スルホニルオキシ基、アミノ基、スルホニルアミノ基、スルファモイルアミノ基、アシルアミノ基、ウレイド基、スルホニル基、スルファモイル基、アルキルチオ基、アリールチオ基又は複素環チオ基を表し、これらの置換基は上記に示した置換基によってさらに置換されていてもよい。また、R12、R13、及びR22、R23はそれぞれ互いに結合して環構造を形成してもよい。R14は−COOH基または−PO32基を表し、R24、R26は水素原子、−COOH基または−PO32基を表し、少なくとも1つは−COOH基または−PO32基を表す。L11、及びL21、L22はそれぞれ独立にメチレン基、エチレン基又はプロピレン基を表す。R15、及びR25は置換または無置換アルキル基を表す。R11、及びR21は上述したR12、R13、及びR22、R23と同義の基を表す。nは1〜4の整数を表す。)
4.前記伝導帯のエネルギー準位が異なる少なくとも2種以上の半導体組成が、少なくとも1種は金属ドープにより形成され、且つ、該金属ドープされた半導体組成は、それぞれが異なる元素種の金属ドープからなることを特徴とする前記1〜3のいずれか1項記載の色素増感型太陽電池。
(Wherein X 11 to X 14 and X 21 to X 26 each independently represent an oxygen atom, a sulfur atom or a selenium atom, and R 12 , R 13 , R 22 and R 23 are each independently Hydrogen atom, alkyl group, cycloalkyl group, alkenyl group, aryl group, heterocyclic group, halogen atom, cyano group, nitro group, hydroxy group, mercapto group, carboxyl group, carbonyl group, oxycarbonyl group, carbamoyl group, alkoxy group , Heterocyclic oxy group, carbonyloxy group, urethane group, sulfoxyl group, sulfonyloxy group, amino group, sulfonylamino group, sulfamoylamino group, acylamino group, ureido group, sulfonyl group, sulfamoyl group, alkylthio group, arylthio group Or a heterocyclic thio group, and these substituents are further substituted by the substituents shown above. May be. Moreover, R 12, R 13, and R 22, R 23 good .R 14 be bonded to form a ring structure, respectively represent a -COOH group or a -PO 3 H 2 group , R 24 and R 26 each represent a hydrogen atom, —COOH group or —PO 3 H 2 group, and at least one represents a —COOH group or —PO 3 H 2 group, L 11 , L 21 and L 22 represent Each independently represents a methylene group, an ethylene group or a propylene group, R 15 and R 25 each represents a substituted or unsubstituted alkyl group, and R 11 and R 21 represent R 12 , R 13 and R 22 , R Represents a group having the same meaning as 23. n represents an integer of 1 to 4.)
4). At least two kinds of semiconductor compositions having different energy levels of the conduction bands are formed by metal doping, and the metal-doped semiconductor composition is made of metal doping of different element types. 4. The dye-sensitized solar cell according to any one of 1 to 3 above.

5.前記伝導帯のエネルギー準位が異なる少なくとも2種以上の半導体組成が、少なくとも2種はそれぞれの金属ドーパントのドープ量が異なる半導体組成であることを特徴とする前記1〜3のいずれか1項記載の色素増感型太陽電池。   5. 4. The semiconductor composition according to any one of the above items 1 to 3, wherein at least two semiconductor compositions having different energy levels of the conduction bands are semiconductor compositions having at least two types having different doping amounts of the respective metal dopants. Dye-sensitized solar cell.

6.前記伝導帯のエネルギー準位が異なる少なくとも2種以上の半導体組成が、少なくとも1種は酸化チタン単独組成からなり、且つ、該酸化チタンは最も伝導体のエネルギー準位が低いことを特徴とする前記1〜5のいずれか1項記載の色素増感型太陽電池。   6). The semiconductor composition having at least two or more different energy levels of the conduction band, at least one of which is composed of a single composition of titanium oxide, and the titanium oxide has the lowest energy level of the conductor. The dye-sensitized solar cell according to any one of 1 to 5.

本発明により、色素が吸着した半導体多孔質膜の組成および色素を最適に設計することで、半導体多孔質膜中に注入された光電子の取り出し効率を向上させ、更に高効率な色素増感型太陽電池を提供することができた。   According to the present invention, by optimizing the composition of the semiconductor porous film to which the dye is adsorbed and the dye, the extraction efficiency of the photoelectrons injected into the semiconductor porous film is improved, and the dye-sensitized solar with higher efficiency is obtained. Batteries could be provided.

本発明を更に詳しく説明する。まず、本発明の色素増感型太陽電池について、図1を用いて説明する。図1は、本発明の色素増感型太陽電池の基本構造を示す概略断面図である。本発明の色素増感型太陽電池は図1によって示される通り、光透過性基材11の上に導電層12を有する透明導電性基材1、色素分子3を吸着させた光吸収層21と光反射層22からなる半導体多孔質膜層2と、電荷移動層(「電解質層」と呼ぶこともある)4、カソード電極5を有する対向基板6から成る。尚、図1において、+は正極を表し、−は負極を表す。   The present invention will be described in more detail. First, the dye-sensitized solar cell of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing the basic structure of the dye-sensitized solar cell of the present invention. As shown in FIG. 1, the dye-sensitized solar cell of the present invention includes a transparent conductive base material 1 having a conductive layer 12 on a light-transmitting base material 11, a light absorption layer 21 on which dye molecules 3 are adsorbed, and It comprises a semiconductor porous membrane layer 2 comprising a light reflecting layer 22, a charge transfer layer (sometimes referred to as “electrolyte layer”) 4, and a counter substrate 6 having a cathode electrode 5. In FIG. 1, + represents a positive electrode, and-represents a negative electrode.

本発明の色素増感型太陽電池を構成する際には、前記半導体多孔質膜層2、電荷移動層4及びカソード電極5を図中7で示される封止剤で、ケース内に収納して封止するか、あるいはそれら全体を樹脂封止することが好ましい。   When configuring the dye-sensitized solar cell of the present invention, the semiconductor porous membrane layer 2, the charge transfer layer 4 and the cathode electrode 5 are housed in a case with a sealant indicated by 7 in the figure. It is preferable to seal them or to seal them entirely with resin.

本発明の太陽電池に太陽光または太陽光と同等の電磁波を照射すると、半導体多孔質膜層2に吸着された色素3は照射された太陽光もしくは電磁波を吸収して励起する。励起によって発生した電子は半導体多孔質膜層2に移動し、次いで導電層12を経由して外部回路に供給される。一方、外部回路を駆動してカソード電極5上に移動した電子は、電荷移動層4のレドックス電解質を還元する。半導体多孔質膜層2に電子を移動させた色素3は酸化体となっているが、カソード電極5から電荷移動層4のレドックス電解質を経由して電子が供給されることにより、還元されて元の状態に戻り、同時に電荷移動層4のレドックス電解質は酸化されて、再びカソード電極5から供給される電子により還元されうる状態に戻る。このようにして電子が流れ、本発明の色素増感型太陽電池を構成することができる。   When the solar cell of the present invention is irradiated with sunlight or an electromagnetic wave equivalent to sunlight, the dye 3 adsorbed on the semiconductor porous film layer 2 is excited by absorbing the irradiated sunlight or electromagnetic wave. The electrons generated by the excitation move to the semiconductor porous membrane layer 2 and are then supplied to the external circuit via the conductive layer 12. On the other hand, the electrons that have moved to the cathode electrode 5 by driving the external circuit reduce the redox electrolyte of the charge transfer layer 4. The dye 3 that has moved electrons to the semiconductor porous membrane layer 2 is an oxidant, but is reduced by being supplied with electrons from the cathode electrode 5 via the redox electrolyte of the charge transfer layer 4. At the same time, the redox electrolyte of the charge transfer layer 4 is oxidized and returned to a state where it can be reduced again by the electrons supplied from the cathode electrode 5. In this way, electrons flow and the dye-sensitized solar cell of the present invention can be configured.

本発明の半導体多孔質膜層は伝導帯のエネルギー準位が異なる少なくとも2種以上の半導体組成からなり、且つ、前記透明導電性基板に向かって段階的にもしくは連続的に伝導帯のエネルギー準位が低くなっていくことが特徴である。前記半導体組成は伝導帯のエネルギー準位に差があれば異なる元素組成でも同じ元素組成でもよく、例えば、元素組成の異なる半導体組成、ドーパント種が互いに異なる半導体組成、ドーパント量が互いに異なる半導体組成などを挙げることができる。また、段階的にもしくは連続的に伝導帯のエネルギー準位が低くなっていくとは、つまり半導体組成が段階的にもしくは連続的に変化していくことを意味する。このエネルギー準位に勾配をつけるには、前記互いに組成が異なる半導体を積層もしくは連続的に比率を変えて多孔質膜を形成させることで得ることができる。   The semiconductor porous film layer of the present invention comprises at least two kinds of semiconductor compositions having different energy levels of conduction bands, and energy levels of the conduction bands stepwise or continuously toward the transparent conductive substrate. It is a feature that becomes lower. The semiconductor composition may be different element composition or the same element composition as long as there is a difference in the energy level of the conduction band, for example, semiconductor compositions having different element compositions, semiconductor compositions having different dopant types, semiconductor compositions having different dopant amounts, etc. Can be mentioned. Further, the energy level of the conduction band decreasing stepwise or continuously means that the semiconductor composition changes stepwise or continuously. The energy level can be graded by stacking the semiconductors having different compositions from each other or by continuously changing the ratio to form a porous film.

更に、本発明においては前記2種以上の半導体組成と共に、少なくとも2種以上の増感色素が吸着してなることが特徴である。以下、図2を使って、本発明に好ましく適用される半導体の伝導帯エネルギー準位と増感色素の構成について説明する。図2は本発明の増感色素が吸着した半導体多孔質膜層を、エネルギー準位の観点から模した図である。縦の直線は透明導電性基板表面を表し、また、矢印はエネルギーレベルを表しており、上に行くほどエネルギー準位が高いことを表している。また、横向きの実線は半導体の伝導帯エネルギー準位を表し、点線は増感色素のLUMOレベルを表している。本発明においては、透明導電性基板に向かって段階的もしくは連続的に伝導帯のエネルギー準位が低くなっていることが特徴であり、横向きの実線は左に行くほど低くなるように示されている。   Further, the present invention is characterized in that at least two or more sensitizing dyes are adsorbed together with the two or more semiconductor compositions. Hereinafter, the configuration of the conduction band energy level of the semiconductor and the sensitizing dye that are preferably applied to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a diagram simulating a semiconductor porous membrane layer adsorbed with the sensitizing dye of the present invention from the viewpoint of energy levels. The vertical straight line represents the surface of the transparent conductive substrate, and the arrow represents the energy level. The higher the level, the higher the energy level. The horizontal solid line represents the conduction band energy level of the semiconductor, and the dotted line represents the LUMO level of the sensitizing dye. In the present invention, the energy level of the conduction band is lowered stepwise or continuously toward the transparent conductive substrate, and the horizontal solid line is shown to become lower toward the left. Yes.

図2のa)は、伝導帯のエネルギー準位が異なる2種の半導体組成からなる半導体多孔質膜層に、1種の増感色素を吸着させた場合の模式図である。伝導帯が低い半導体と伝導帯が高い半導体を積層した場合、伝導帯が低い半導体に最適化された色素1種では、伝導帯が低い半導体にのみ電子注入が起き、伝導帯が高い半導体には電子注入されない。また、b)では、伝導帯が高い半導体に色素が最適化されており、両半導体に電子注入が起こるものの、高LUMO色素は吸収スペクトルが短波化するため、トータルではロスが大きくなってしまい好ましくない。理想的には、それぞれの半導体に最適なLUMOレベルを有する色素がそれぞれ吸着される構成が好ましい。具体的には半導体の伝導帯エネルギー準位に対して増感色素のLUMOレベルが高いことが好ましく、0.1〜0.6eV高いことが好ましく、0.2〜0.4eV高いことが更に好ましい。d)は半導体組成が3層に設計される例であり、この場合も同様に、それぞれの半導体に最適な色素を吸着させることが好ましい。   FIG. 2 a) is a schematic view when one kind of sensitizing dye is adsorbed on a semiconductor porous film layer composed of two kinds of semiconductor compositions having different energy levels of conduction bands. When a semiconductor with a low conduction band and a semiconductor with a high conduction band are stacked, one type of dye optimized for a semiconductor with a low conduction band causes electron injection only in a semiconductor with a low conduction band, No electrons are injected. In b), the dye is optimized for a semiconductor having a high conduction band, and although electron injection occurs in both semiconductors, the high LUMO dye is preferable because the absorption spectrum becomes short and the loss becomes large in total. Absent. Ideally, a configuration in which a dye having an optimum LUMO level for each semiconductor is adsorbed is preferable. Specifically, the LUMO level of the sensitizing dye is preferably high with respect to the conduction band energy level of the semiconductor, preferably 0.1 to 0.6 eV high, and more preferably 0.2 to 0.4 eV high. . d) is an example in which the semiconductor composition is designed in three layers, and in this case as well, it is preferable to adsorb the optimum dye to each semiconductor.

以下、これらについて詳細に説明する。   Hereinafter, these will be described in detail.

<半導体多孔質膜層>
本発明に掛かる半導体多孔質膜層を形成する多孔質体は、金属酸化物に代表されるセラミック半導体微粒子から成ることが好ましい。半導体微粒子の組成は価電子帯(VB)と伝導帯(CB)のバンドギャップが3eV程度あれば特に限定しないが、ナノポーラス膜の形成し易さから金属酸化物であることが好ましい。代表的な金属酸化物としては、例えば、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化錫、酸化インジウム、酸化ニオブ、酸化タングステン、酸化ジルコニウム、チタン酸ストロンチウム、チタン酸バリウム、チタン酸カルシウムなどを上げることが出来、中でも酸化チタン、酸化亜鉛、酸化錫、酸化ニオブ、チタン酸ストロンチウムが伝導帯のエネルギーレベルや色素の吸着性を考慮すると好ましく、さらには酸化チタン、酸化亜鉛が好ましく、酸化チタンが最も好ましい。また、本発明においては、色素増感型太陽電池の性能向上を目的に、前記半導体微粒子を混合して成る構成でもよく、さらには半導体Aの表面に半導体Bを被覆して成るコアシェル微粒子ないしコンポジット微粒子を用いてもよい。
<Semiconductor porous membrane layer>
The porous body forming the semiconductor porous film layer according to the present invention is preferably composed of ceramic semiconductor fine particles typified by a metal oxide. The composition of the semiconductor fine particles is not particularly limited as long as the band gap between the valence band (VB) and the conduction band (CB) is about 3 eV, but a metal oxide is preferable in view of easy formation of the nanoporous film. As typical metal oxides, for example, titanium oxide, zinc oxide, tin oxide, indium oxide, niobium oxide, tungsten oxide, zirconium oxide, strontium titanate, barium titanate, calcium titanate, etc. can be raised, Of these, titanium oxide, zinc oxide, tin oxide, niobium oxide, and strontium titanate are preferable in view of the energy level of the conduction band and the adsorptivity of the dye, more preferably titanium oxide and zinc oxide, and most preferably titanium oxide. Further, in the present invention, for the purpose of improving the performance of the dye-sensitized solar cell, the semiconductor fine particles may be mixed, and further, the core-shell fine particles or composite formed by coating the semiconductor B on the surface of the semiconductor A. Fine particles may be used.

本発明の効果を得るために、金属酸化物半導体に金属元素をドープすることが好ましい。金属元素種としては、1価〜5価の金属イオンドーパントを選択でき、例えば、Li、Be、B、Na、Mg、Al、Si、K、Ca、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Ge、Rb、Sr、Y、Zr、Nb、Mo、Cd、In、Ir、Sn、Sb、Cs、Ba、La、Hf、Ta、W、Tl、Pb、Bi、Ce、Pr、Nd、Pm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu等を上げることが出来る。金属イオンドーパントのドープ量は、金属酸化物半導体の金属原子数に対し0.01〜10mol%が好ましく、0.1〜5.0mol%が更に好ましく、0.1〜1.0mol%が最も好ましい。十分な効果を得るためには0.01%以上のドープ量が好ましく、また、半導体微粒子に固溶化するドープ量として10mol%以下が好ましい。   In order to obtain the effects of the present invention, the metal oxide semiconductor is preferably doped with a metal element. As the metal element species, monovalent to pentavalent metal ion dopants can be selected. For example, Li, Be, B, Na, Mg, Al, Si, K, Ca, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe , Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, Rb, Sr, Y, Zr, Nb, Mo, Cd, In, Ir, Sn, Sb, Cs, Ba, La, Hf, Ta, W, Tl, Pb Bi, Ce, Pr, Nd, Pm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, etc. can be raised. The doping amount of the metal ion dopant is preferably 0.01 to 10 mol%, more preferably 0.1 to 5.0 mol%, and most preferably 0.1 to 1.0 mol% with respect to the number of metal atoms of the metal oxide semiconductor. . In order to obtain a sufficient effect, a doping amount of 0.01% or more is preferable, and a doping amount that is solid-solved in the semiconductor fine particles is preferably 10 mol% or less.

本発明に用いることができる半導体微粒子の製法としては、一般公知の技術を用いて行うことができる。微粒子形成方法は大きく分けて気相法と液相法に分類される。気相法とは気体状の原料物質から結晶形成させる手法であり、連続的なプロセスを構築しやすく低コストで高純度な粒子を大量生産することに向く。一方で液相法は原料物質1種、あるいは2種以上を溶液中で混合し、原料物質と生成物の溶解度変化を利用して粒子形成する方法であり、シングルジェット法、ダブルジェット法、ゾル−ゲル法などが挙げられ、極端な大量生産には不向きなものの粒子形状の揃った高品質な微粒子を合成できる手法として広く用いられている。また液相法の一種であるが、原料物質を溶融し冷却時の溶解度変化を利用して粒子形成させるメルト法や、メルト法と同様にして高温溶融したフラックス塩中で形成させる手法などが挙げられる。   As a method for producing semiconductor fine particles that can be used in the present invention, a generally known technique can be used. Fine particle forming methods are roughly classified into a vapor phase method and a liquid phase method. The gas phase method is a method of forming crystals from a gaseous source material, and is suitable for mass production of low-cost, high-purity particles that are easy to construct a continuous process. On the other hand, the liquid phase method is a method in which one kind of raw material or two or more kinds are mixed in a solution and particles are formed by utilizing the solubility change of the raw material and the product. The single jet method, double jet method, sol -Gel method is used, and it is widely used as a method for synthesizing high-quality fine particles with uniform particle shapes that are not suitable for extreme mass production. It is also a kind of liquid phase method, such as a melt method in which raw material is melted and particles are formed by utilizing the change in solubility during cooling, and a method in which it is formed in a flux salt melted at a high temperature in the same manner as the melt method. It is done.

本発明の光吸収層に用いられる半導体微粒子は、粒子サイズが制御して形成できる方法であれば、上記いかなる手法にて粒子形成されてもよいが、半導体組成をコントロールしやすく、また粒子径が揃った高品質な微粒子を合成できるなどの理由からゾル−ゲル法を用いることが好ましい。ゾル−ゲル法を用いた粒子形成法は、有機金属化合物を酸などを触媒に加水分解し、連続的な縮合反応によって液相中で核形成〜粒子成長させることで所望の金属酸化物微粒子を得る手法である。   The semiconductor fine particles used in the light absorption layer of the present invention may be formed by any of the above methods as long as the particle size can be controlled, but the semiconductor composition can be easily controlled and the particle size can be controlled. The sol-gel method is preferably used for the reason that uniform high quality fine particles can be synthesized. The particle formation method using the sol-gel method hydrolyzes an organometallic compound using an acid or the like as a catalyst, and nucleates to grow particles in a liquid phase by a continuous condensation reaction to obtain desired metal oxide fine particles. It is a technique to obtain.

有機金属化合物とは金属と有機物が共有結合、配位結合またはイオン結合した化合物であり、例えば、金属アルコキシド、金属アシレート、金属キレート、有機金属塩、ハロゲン金属化合物などを挙げることができ、本発明においては反応性、安定性の観点から金属アルコキシド類を用いることが好ましい。   An organometallic compound is a compound in which a metal and an organic substance are covalently bonded, coordinated or ionically bonded, and examples thereof include metal alkoxides, metal acylates, metal chelates, organometallic salts, and halogen metal compounds. In view of reactivity and stability, metal alkoxides are preferably used.

本発明に有用な有機金属化合物は、下記の一般式で表される化合物が好ましいが、これらに限定されるものではない。   The organometallic compound useful in the present invention is preferably a compound represented by the following general formula, but is not limited thereto.

〔一般式〕 M(R1x(R2y(R3z
上記一般式において、Mは金属(例えば、Li、Be、B、Na、Mg、Al、Si、K、Ca、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Ge、Rb、Sr、Y、Zr、Nb、Mo、Cd、In、Ir、Sn、Sb、Cs、Ba、La、Hf、Ta、W、Tl、Pb、Bi、Ce、Pr、Nd、Pm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu等)を表し、R1はアルキル基、R2はアルコキシ基、R3はβ−ジケトン配位基、β−ケトカルボン酸エステル配位基、β−ケトカルボン酸配位基及びケトオキシ基(ケトオキシ配位基)から選ばれる基であり、金属Mの価数をmとした場合、x+y+z=mであり、x=0〜m、またはx=0〜m−1であり、y=0〜m、z=0〜mで、何れも0または正の整数である。
[General Formula] M (R 1 ) x (R 2 ) y (R 3 ) z
In the above general formula, M is a metal (for example, Li, Be, B, Na, Mg, Al, Si, K, Ca, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga , Ge, Rb, Sr, Y, Zr, Nb, Mo, Cd, In, Ir, Sn, Sb, Cs, Ba, La, Hf, Ta, W, Tl, Pb, Bi, Ce, Pr, Nd, Pm , Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, etc.), R 1 is an alkyl group, R 2 is an alkoxy group, R 3 is a β-diketone coordination group, β-ketocarboxylate ester A group selected from a coordinating group, a β-ketocarboxylic acid coordinating group and a ketooxy group (ketooxy coordinating group), where the valence of the metal M is m, x + y + z = m, and x = 0 to m, Or x = 0 to m−1, y = 0 to m, z = 0 to m, and both are 0 or It is a positive integer.

1で表されるアルキル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基等を挙げることができる。R2で表されるアルコキシ基としては、例えば、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基、3,3,3−トリフルオロプロポキシ基等を挙げることができる。またアルキル基の水素原子をフッ素原子に置換したものでもよい。R3で表されるβ−ジケトン配位基、β−ケトカルボン酸エステル配位基、β−ケトカルボン酸配位基及びケトオキシ基(ケトオキシ配位基)から選ばれる基としては、β−ジケトン配位基として、例えば、2,4−ペンタンジオン(アセチルアセトンあるいはアセトアセトンともいう)、1,1,1,5,5,5−ヘキサメチル−2,4−ペンタンジオン、2,2,6,6−テトラメチル−3,5−ヘプタンジオン、1,1,1−トリフルオロ−2,4−ペンタンジオン等を挙げることができ、β−ケトカルボン酸エステル配位基として、例えば、アセト酢酸メチルエステル、アセト酢酸エチルエステル、アセト酢酸プロピルエステル、トリメチルアセト酢酸エチル、トリフルオロアセト酢酸メチル等を挙げることができ、β−ケトカルボン酸配位基として、例えば、アセト酢酸、トリメチルアセト酢酸等を挙げることができ、またケトオキシ配位基として、例えば、アセトオキシ基(またはアセトキシ基)、プロピオニルオキシ基、ブチリロキシ基、アクリロイルオキシ基、メタクリロイルオキシ基等を挙げることができる。これらの基の炭素原子数は、上記の有機金属示化合物を含んで、18以下が好ましい。また例示にもあるように直鎖または分岐のもの、また水素原子をフッ素原子に置換したものでもよい。 Examples of the alkyl group represented by R 1 include a methyl group, an ethyl group, a propyl group, and a butyl group. Examples of the alkoxy group represented by R 2 include a methoxy group, an ethoxy group, a propoxy group, a butoxy group, and a 3,3,3-trifluoropropoxy group. Further, a hydrogen atom in the alkyl group may be substituted with a fluorine atom. The group selected from the β-diketone coordination group, β-ketocarboxylic acid ester coordination group, β-ketocarboxylic acid coordination group and ketooxy group (ketooxy coordination group) represented by R 3 includes β-diketone coordination group Examples of the group include 2,4-pentanedione (also referred to as acetylacetone or acetoacetone), 1,1,1,5,5,5-hexamethyl-2,4-pentanedione, 2,2,6,6-tetra Methyl-3,5-heptanedione, 1,1,1-trifluoro-2,4-pentanedione, and the like. Examples of β-ketocarboxylic acid ester coordination groups include, for example, acetoacetic acid methyl ester, acetoacetic acid And ethyl ester, propyl acetoacetate, ethyl trimethylacetoacetate, methyl trifluoroacetoacetate and the like, β-ketocarboxylic acid Examples of the coordinating group include acetoacetic acid, trimethylacetoacetic acid and the like, and examples of the ketooxy coordinating group include acetooxy group (or acetoxy group), propionyloxy group, butyryloxy group, acryloyloxy group, methacryloyloxy group. Etc. The number of carbon atoms in these groups is preferably 18 or less including the above-mentioned organometallic compounds. Further, as illustrated, it may be linear or branched, or a hydrogen atom substituted with a fluorine atom.

本発明においては、取り扱いの観点から、爆発の危険性の少ない有機金属化合物が好ましく、分子内に少なくとも一つ以上の酸素を有する有機金属化合物が好ましい。このようなものとしてR2のアルコキシ基を少なくとも一つを含有する有機金属化合物、またはR3のβ−ジケトン配位基、β−ケトカルボン酸エステル配位基、β−ケトカルボン酸配位基及びケトオキシ基(ケトオキシ配位基)から選ばれる基を少なくとも一つ有する金属化合物が好ましい。 In the present invention, from the viewpoint of handling, an organometallic compound with a low risk of explosion is preferable, and an organometallic compound having at least one oxygen in the molecule is preferable. Organometallic compound containing at least one alkoxy group as such R2, or R 3 of the beta-diketone coordinating group, beta-ketocarboxylic acid ester coordinating group, beta-keto carboxylic Sanhai position group and Ketookishi group A metal compound having at least one group selected from (ketoxy coordination group) is preferred.

具体的な有機金属化合物について以下に示す。   Specific organometallic compounds are shown below.

有機チタン化合物としては、有機チタン化合物、チタン水素化合物、ハロゲン化チタン等があり、有機チタン化合物としては、例えば、トリエトキシチタン、トリメトキシチタン、トリイソプロポキシチタン、トリブトキシチタン、テトラエトキシチタン、テトライソプロポキシチタン、メチルジメトキシチタン、エチルトリエトキシチタン、メチルトリイソプロポキシチタン、トリエチルチタン、トリイソプロピルチタン、トリブチルチタン、テトラエチルチタン、テトライソプロピルチタン、テトラブチルチタン、テトラジメチルアミノチタン、ジメチルチタンジ(2,4−ペンタンジオナート)、エチルチタントリ(2,4−ペンタンジオナート)、チタントリス(2,4−ペンタンジオナート)、チタントリス(アセトメチルアセタート)、トリアセトキシチタン、ジプロポキシプロピオニルオキシチタン等、ジブチリロキシチタン、チタン水素化合物としてはモノチタン水素化合物、ジチタン水素化合物等、ハロゲン化チタンとしては、トリクロロチタン、テトラクロロチタン等を挙げることが出来、何れも本発明において好ましく用いることができる。またこれらを2種以上同時に混合して使用することもできる。   Examples of organic titanium compounds include organic titanium compounds, titanium hydrogen compounds, and titanium halides. Examples of organic titanium compounds include triethoxy titanium, trimethoxy titanium, triisopropoxy titanium, tributoxy titanium, tetraethoxy titanium, Tetraisopropoxy titanium, methyldimethoxy titanium, ethyl triethoxy titanium, methyl triisopropoxy titanium, triethyl titanium, triisopropyl titanium, tributyl titanium, tetraethyl titanium, tetraisopropyl titanium, tetrabutyl titanium, tetradimethylamino titanium, dimethyl titanium di ( 2,4-pentanedionate), ethyltitanium tri (2,4-pentanedionate), titanium tris (2,4-pentanedionate), titanium tris (acetomethylaceta) G), triacetoxy titanium, dipropoxypropionyloxy titanium, etc., dibutylyloxy titanium, titanium hydrogen compound as monotitanium hydrogen compound, dititanium hydrogen compound, etc., and halogenated titanium as trichlorotitanium, tetrachlorotitanium, etc. Any of these can be preferably used in the present invention. Two or more of these may be mixed and used at the same time.

錫化合物としては、有機錫化合物、錫水素化合物、ハロゲン化錫等であり、有機錫化合物としては、例えば、テトラエチル錫、テトラメチル錫、二酢酸ジ−n−ブチル錫、テトラブチル錫、テトラオクチル錫、テトラエトキシ錫、メチルトリエトキシ錫、ジエチルジエトキシ錫、トリイソプロピルエトキシ錫、ジエチル錫、ジメチル錫、ジイソプロピル錫、ジブチル錫、ジエトキシ錫、ジメトキシ錫、ジイソプロポキシ錫、ジブトキシ錫、錫ジブチラート、錫ジアセトアセトナート、エチル錫アセトアセトナート、エトキシ錫アセトアセトナート、ジメチル錫ジアセトアセトナート等、錫水素化合物等、ハロゲン化錫としては、二塩化錫、四塩化錫等を挙げることができる。   Examples of tin compounds include organic tin compounds, tin hydrogen compounds, and tin halides. Examples of organic tin compounds include tetraethyltin, tetramethyltin, di-n-butyltin diacetate, tetrabutyltin, and tetraoctyltin. , Tetraethoxytin, methyltriethoxytin, diethyldiethoxytin, triisopropylethoxytin, diethyltin, dimethyltin, diisopropyltin, dibutyltin, diethoxytin, dimethoxytin, diisopropoxytin, dibutoxytin, tin dibutyrate, tin Examples of diacetacetonate, ethyltin acetoacetonate, ethoxytin acetoacetonate, dimethyltin diacetoacetonate, tin hydrogen compounds, etc., and tin halides include tin dichloride and tin tetrachloride.

有機珪素化合物としては、例えば、テトラエチルシラン、テトラメチルシラン、テトライソプロピルシラン、テトラブチルシラン、テトラエトキシシラン、テトライソプロポキシシラン、テトラブトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、ジエチルジエトキシシラン、ジエチルシランジ(2,4−ペンタンジオナート)、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、エチルトリエトキシシラン等、珪素水素化合物としては、テトラ水素化シラン、ヘキサ水素化ジシラン等、ハロゲン化珪素化合物としては、テトラクロロシラン、メチルトリクロロシラン、ジエチルジクロロシラン等を挙げることが出来、何れも本発明において好ましく用いることができる。   Examples of the organosilicon compound include tetraethylsilane, tetramethylsilane, tetraisopropylsilane, tetrabutylsilane, tetraethoxysilane, tetraisopropoxysilane, tetrabutoxysilane, dimethyldimethoxysilane, diethyldiethoxysilane, diethylsilanedi (2 , 4-pentanedionate), methyltrimethoxysilane, methyltriethoxysilane, ethyltriethoxysilane, etc., as silicon hydrogen compounds, tetrahydrogen silane, hexahydrogen disilane, etc., as halogenated silicon compounds, tetrachlorosilane , Methyltrichlorosilane, diethyldichlorosilane and the like, and any of them can be preferably used in the present invention.

有機ジルコニウム化合物の例としては、ジルコニウムエトキサイド、ジルコニウムイソプロポキサイド、ジルコニウムn−プロポキサイド、ジルコニウムn−ブトキサイド、ジルコニウムt−ブトキサイド、ジルコニウム2−エチルヘキシルオキサイド、ジルコニウム2−メチル−2−ブトキサイド、テトラキス(トリメチルシロキシ)ジルコニウム、ジルコニウムジn−ブトキサイド(ビス−2,4−ペンタンジオネート)、ジルコニウムジイソプロポキサイドビス(2,2,6,6−テトラメチル−3,5−ヘプタンジオネート、ジルコニウムジメタクリレートジブトキサイド、ジルコニウムヘキサフルオロペンタンジオネート、ジルコニウムメタクリルオキシエチルアセトアセテートトリn−プロポキサイド、ジルコニウム2,4−ペンタンジオネート、ジルコニウム2,2,6,6−テトラメチル−3,5−ヘプタンジオネート、ジルコニウムトリフルオロペンタンジオネート等が挙げられる。   Examples of organic zirconium compounds include zirconium ethoxide, zirconium isopropoxide, zirconium n-propoxide, zirconium n-butoxide, zirconium t-butoxide, zirconium 2-ethylhexyl oxide, zirconium 2-methyl-2-butoxide, tetrakis (trimethyl). Siloxy) zirconium, zirconium di-n-butoxide (bis-2,4-pentanedionate), zirconium diisopropoxide bis (2,2,6,6-tetramethyl-3,5-heptanedionate, zirconium dimethacrylate Dibutoxide, zirconium hexafluoropentanedionate, zirconium methacryloxyethyl acetoacetate tri-n-propoxide, zirconium 2,4-pe Tanjioneto, zirconium 2,2,6,6-tetramethyl-3,5-heptanedionate, zirconium trifluoro pentanedionate, and the like.

また、アルミニウムアルコキシドの例としては、アルミニウム(III)n−ブトキサイド、アルミニウム(III)s−ブトキサイド、アルミニウム(III)t−ブトキサイド、アルミニウム(III)エトキサイド、アルミニウム(III)イソプロポキサイド、アルミニウム(III)s−ブトキサイドビス(エチルアセトアセテート)、アルミニウム(III)ジ−s−ブトキサイドエチルアセトアセテート、アルミニウム(III)ジイソプポキサイドエチルアセトアセテート、アルミニウム(III)エトキシエトキシエトキサイド、アルミニウムヘキサフルオロペンタジオネート、アルミニウム(III)3−ヒドロキシ−2−メチル−4−ピロネート、アルミニウム(III)9−オクタデセニルアセトアセテートジイソプロポキサイド、アルミニウム(III)2,4−ペンタンジオネート、アルミニウム(III)フェノキサイド、アルミニウム(III)2,2,6,6−テトラメチル−3,5−ヘプタンジオネートを挙げることができる。   Examples of the aluminum alkoxide include aluminum (III) n-butoxide, aluminum (III) s-butoxide, aluminum (III) t-butoxide, aluminum (III) ethoxide, aluminum (III) isopropoxide, aluminum (III ) S-butoxide bis (ethyl acetoacetate), aluminum (III) di-s-butoxide ethyl acetoacetate, aluminum (III) diisopropoxide ethyl acetoacetate, aluminum (III) ethoxyethoxy ethoxide, aluminum hexafluoropenta Dionate, aluminum (III) 3-hydroxy-2-methyl-4-pyronate, aluminum (III) 9-octadecenyl acetoacetate diisopropoxide, aluminum (III) 2,4-pe Tanjioneto, aluminum (III) phenoxide, and aluminum (III) 2,2,6,6-tetramethyl-3,5-heptanedionate.

また、その他の有機金属化合物としては、例えば、ニオブイソプロポキシド、アンチモンエトキシド、ヒ素トリエトキシド、バリウム2,2,6,6−テトラメチルヘプタンジオネート、ベリリウムアセチルアセトナート、ビスマスヘキサフルオロペンタンジオネート、ジメチルカドミウム、カルシウム2,2,6,6−テトラメチルヘプタンジオネート、クロムトリフルオロペンタンジオネート、コバルトアセチルアセトナート、銅ヘキサフルオロペンタンジオネート、マグネシウムヘキサフルオロペンタンジオネート−ジメチルエーテル錯体、ガリウムエトキシド、テトラエトキシゲルマン、テトラメトキシゲルマン、ハフニウムt−ブドキシド、ハフニウムエトキシド、インジウムアセチルアセトナート、インジウム2,6−ジメチルアミノヘプタンジオネート、フェロセン、ランタンイソプロポキシド、酢酸鉛、テトラエチル鉛、ネオジウムアセチルアセトナート、白金ヘキサフルオロペンタンジオネート、トリメチルシクロペンタジエニル白金、ロジウムジカルボニルアセチルアセトナート、ストロンチウム2,2,6,6−テトラメチルヘプタンジオネート、タンタルメトキシド、タンタルトリフルオロエトキシド、テルルエトキシド、タングステンエトキシド、バナジウムトリイソプロポキシドオキシド、マグネシウムヘキサフルオロアセチルアセトナート、亜鉛アセチルアセトナート、ジエチル亜鉛、などが挙げられる。   Other organometallic compounds include, for example, niobium isopropoxide, antimony ethoxide, arsenic triethoxide, barium 2,2,6,6-tetramethylheptanedionate, beryllium acetylacetonate, bismuth hexafluoropentanedionate. , Dimethylcadmium, calcium 2,2,6,6-tetramethylheptanedionate, chromium trifluoropentanedionate, cobalt acetylacetonate, copper hexafluoropentanedionate, magnesium hexafluoropentanedionate-dimethyl ether complex, gallium ethoxy , Tetraethoxygermane, tetramethoxygermane, hafnium t-butoxide, hafnium ethoxide, indium acetylacetonate, indium 2,6-dimethyl Minoheptanedionate, ferrocene, lanthanum isopropoxide, lead acetate, tetraethyllead, neodymium acetylacetonate, platinum hexafluoropentanedionate, trimethylcyclopentadienylplatinum, rhodium dicarbonylacetylacetonate, strontium 2,2,6 , 6-tetramethylheptanedionate, tantalum methoxide, tantalum trifluoroethoxide, tellurium ethoxide, tungsten ethoxide, vanadium triisopropoxide oxide, magnesium hexafluoroacetylacetonate, zinc acetylacetonate, diethylzinc, etc. Is mentioned.

本発明の半導体多孔質膜層は伝導帯のエネルギー準位が異なる少なくとも2種以上の半導体組成からなることが特徴であり、上記の有機金属化合物を単独もしくは2種以上混合しゾル−ゲル反応を行うことで伝導体のエネルギー準位をコントロールした半導体微粒子を得ることが出来る。また、上記の有機金属化合物を用いてゾル−ゲル反応中に金属イオンを直接ドープすることで半導体組成をコントロールすることも出来る。   The semiconductor porous membrane layer of the present invention is characterized by comprising at least two kinds of semiconductor compositions having different energy levels of conduction bands, and the sol-gel reaction is carried out by mixing the above organometallic compounds alone or in combination of two or more kinds. By doing so, it is possible to obtain semiconductor fine particles in which the energy level of the conductor is controlled. The semiconductor composition can also be controlled by directly doping metal ions during the sol-gel reaction using the organometallic compound.

次に、ゾル−ゲル反応に用いられる溶媒について述べる。溶媒はゾル液中の各成分を均一に混合させ、本発明の組成物の固形分調製をすると同時に、種々の塗布方法に適用できるようにし、組成物の分散安定性及び保存安定性を向上させるものである。これらの溶媒は上記目的の果たせるものであれば特に限定されない。これらの溶媒の好ましい例として、例えば水、及び水と混和性の高い有機溶媒が挙げられる。   Next, the solvent used for the sol-gel reaction will be described. The solvent uniformly mixes each component in the sol solution, and at the same time prepares the solid content of the composition of the present invention, so that it can be applied to various coating methods to improve the dispersion stability and storage stability of the composition. Is. These solvents are not particularly limited as long as they can fulfill the above purpose. Preferable examples of these solvents include water and organic solvents that are highly miscible with water.

有機溶媒の例としては、テトラヒドロフラン、ジメトキシエタン、蟻酸、酢酸、酢酸メチル、アルコール類(メタノール、エタノール、n−プロピルアルコール、iso−プロピルアルコール、tert−ブチルアルコール)、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、エチレングリコールモノブチルエーテル、アセトン、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシドなどを挙げることができる。   Examples of organic solvents include tetrahydrofuran, dimethoxyethane, formic acid, acetic acid, methyl acetate, alcohols (methanol, ethanol, n-propyl alcohol, iso-propyl alcohol, tert-butyl alcohol), ethylene glycol, diethylene glycol, triethylene glycol , Ethylene glycol monobutyl ether, acetone, N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, dimethyl sulfoxide and the like.

ゾル−ゲル反応時には、水、及び有機溶媒中で前記金属アルコキシドを加水分解、及び縮重合させるが、この時、反応を促進させるために触媒を用いることが好ましい。加水分解の触媒としては、一般に酸が用いられる。酸は、無機酸又は有機酸が用いられる。無機酸としては、塩酸、臭化水素、ヨウ化水素、硫酸、亜硫酸、硝酸、燐酸など、有機酸化合物としてはカルボン酸類(蟻酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸、コハク酸、トリフルオロ酢酸、パーフルオロオクタン酸、安息香酸、フタル酸など)、スルホン酸類(メタンスルホン酸、エタンスルホン酸、トリフルオロメタンスルホン酸)、p−トルエンスルホン酸、ペンタフルオロベンゼンスルホン酸など)、燐酸・ホスホン酸類(燐酸ジメチルエステル、フェニルホスホン酸など)、ルイス酸類(三フッ化ホウ素エーテラート、スカンジウムトリフレート、アルキルチタン酸、アルミン酸など)、ヘテロポリ酸(燐モリブデン酸、燐タングステン酸など)などを挙げることができる。   During the sol-gel reaction, the metal alkoxide is hydrolyzed and polycondensed in water and an organic solvent. At this time, it is preferable to use a catalyst in order to promote the reaction. As a catalyst for hydrolysis, an acid is generally used. As the acid, an inorganic acid or an organic acid is used. Inorganic acids include hydrochloric acid, hydrogen bromide, hydrogen iodide, sulfuric acid, sulfurous acid, nitric acid, phosphoric acid, and organic acid compounds include carboxylic acids (formic acid, acetic acid, propionic acid, butyric acid, succinic acid, trifluoroacetic acid, perfluoro Octanoic acid, benzoic acid, phthalic acid, etc.), sulfonic acids (methanesulfonic acid, ethanesulfonic acid, trifluoromethanesulfonic acid), p-toluenesulfonic acid, pentafluorobenzenesulfonic acid, etc.), phosphoric acid / phosphonic acid (phosphoric acid dimethyl ester) , Phenylphosphonic acid, etc.), Lewis acids (boron trifluoride etherate, scandium triflate, alkyl titanic acid, aluminate, etc.), heteropolyacids (phosphomolybdic acid, phosphotungstic acid, etc.), and the like.

本発明の半導体多孔質膜層は光透過性基材側から順に、光吸収層と光反射層とを積層した構成が好ましく、該光反射層はアスペクト比(以下、ARと略すこともある)が3以上の形状異方性微粒子であることが更に好ましい。形状異方性微粒子は、平板状、燐片状、板状、針状、柱状、繊維状、ラグビーボール状、紡錘状、など形状異方性を有する粒子を挙げることができ、好ましくは平板状、燐片状、板状であり、光反射能から平板状が最も好ましい。好ましいアスペクト比は3以上〜200以下であり、さらに好ましくは10以上〜100以下である。本発明の光吸収層は、実質的に太陽光を散乱しない5nm〜100nmの平均粒径が好ましく、さらには8nm〜80nm、比表面積と空隙サイズから10nm〜30nmが最も好ましい。また、反射層は太陽光を反射する100nm〜10μmの平均粒径が好ましく、さらに好ましくは200nm〜3μm程度であり、最も好ましくは250nm〜2μm程度が、反射効率と変換効率の観点から好ましい。   The semiconductor porous membrane layer of the present invention preferably has a structure in which a light absorption layer and a light reflection layer are laminated in order from the light transmissive substrate side, and the light reflection layer has an aspect ratio (hereinafter sometimes abbreviated as AR). Is more preferably 3 or more shape anisotropic fine particles. Examples of the shape anisotropic fine particles include particles having shape anisotropy such as flat plate shape, flake shape, plate shape, needle shape, columnar shape, fiber shape, rugby ball shape, spindle shape, etc. , Flake-like and plate-like, and the plate-like shape is most preferred from the light reflectivity. The preferred aspect ratio is 3 or more and 200 or less, and more preferably 10 or more and 100 or less. The light absorption layer of the present invention preferably has an average particle diameter of 5 nm to 100 nm which does not substantially scatter sunlight, and more preferably 8 nm to 80 nm, and 10 nm to 30 nm from the specific surface area and void size. The reflective layer preferably has an average particle diameter of 100 nm to 10 μm for reflecting sunlight, more preferably about 200 nm to 3 μm, and most preferably about 250 nm to 2 μm from the viewpoint of reflection efficiency and conversion efficiency.

本発明の平均粒径とは、透過型電子顕微鏡(例えば日本電子製JEM−2010F型)で観察した粒子の投影面積を真円に換算したときの円相当径を計算し、観測粒子数500個以上での平均円相当径を示す。また、本発明でアスペクト比とは、前記平均粒径を、500個以上の粒子を横方向から観察した平均厚みで除した値を示す。   The average particle diameter of the present invention is a circle equivalent diameter when the projected area of particles observed with a transmission electron microscope (for example, JEM-2010F type manufactured by JEOL Ltd.) is converted into a perfect circle, and the number of observed particles is 500. The average equivalent circle diameter is shown above. In the present invention, the aspect ratio indicates a value obtained by dividing the average particle diameter by an average thickness obtained by observing 500 or more particles from the lateral direction.

ここで実質的に太陽光を散乱しないとは、太陽光に含まれる可視光線(主には400nm〜780nm域の光)と、UVAと呼ばれる紫外線(315nm〜400nm域の光)、近赤外線〜遠赤外線(780nm以上の光)を含むスペクトル光を散乱しないことを言う。この波長領域はミー散乱で分類することができ、光の波長、粒子径、粒子の屈折率により散乱特性が影響される。無機微粒子の場合、一般的には波長と同程度の粒径が存在すると散乱が発生すると言われている。実験的には温帯地域で観測される太陽光の平均輻射エネルギーを模して、エアマス1.5(AM1.5)と呼ばれるスペクトル光で、半導体多孔質膜のヘイズ値を評価することで確認できる。   Here, the fact that sunlight is not substantially scattered means that visible light (mainly 400 nm to 780 nm light) contained in sunlight, ultraviolet light called UVA (315 nm to 400 nm light), near infrared light to far light. It means that spectral light including infrared rays (light of 780 nm or more) is not scattered. This wavelength region can be classified by Mie scattering, and the scattering characteristics are affected by the wavelength of light, particle diameter, and particle refractive index. In the case of inorganic fine particles, it is generally said that scattering occurs when a particle size comparable to the wavelength is present. Experimentally, it can be confirmed by simulating the average radiant energy of sunlight observed in the temperate region and evaluating the haze value of the semiconductor porous film with spectrum light called air mass 1.5 (AM1.5). .

本発明の半導体多孔質膜層に関し、特に光吸収層の膜厚は5μm以上〜20μm以下であることが好ましく、8μm以上〜18μm程度がさらに好ましく、11μm以上〜15μm程度が最も変換効率が高く好ましい。また、光反射層は0.5μm以上〜10μm程度で設計することができ、好ましくは1μm以上〜5μm以下、更に好ましくは1μm以上〜3μm以下である。光反射層の膜厚が薄すぎると十分な光反射能が得られず、逆に厚すぎると半導体多孔質膜層自体の膜厚が厚くなり電解質の拡散を阻害してしまうだけでなく、半導体に注入された電子と色素ホールとの再結合チャンスが増えVocの低下を招く恐れがある。更に、上記の光吸収層と光反射層をトータルした半導体多孔質膜層の膜厚は、10μm〜20μm程度が好ましく、13μm〜17μm程度がさらに好ましく、14μm〜16μmが最も好ましい。   Regarding the semiconductor porous membrane layer of the present invention, the thickness of the light absorption layer is particularly preferably 5 μm to 20 μm, more preferably 8 μm to 18 μm, and most preferably 11 μm to 15 μm because of the highest conversion efficiency. . The light reflecting layer can be designed with a thickness of about 0.5 μm to 10 μm, preferably 1 μm to 5 μm, and more preferably 1 μm to 3 μm. If the thickness of the light reflecting layer is too thin, sufficient light reflectivity cannot be obtained. On the other hand, if the thickness is too thick, the thickness of the semiconductor porous membrane layer itself is increased and the diffusion of the electrolyte is inhibited. There is a possibility that the recombination chance between the electrons injected into the dye and the dye hole is increased and the Voc is lowered. Furthermore, the total thickness of the semiconductor porous film layer including the light absorption layer and the light reflection layer is preferably about 10 μm to 20 μm, more preferably about 13 μm to 17 μm, and most preferably 14 μm to 16 μm.

次に、本発明の半導体多孔質膜の作製方法について説明する。   Next, the manufacturing method of the semiconductor porous film of this invention is demonstrated.

半導体多孔質膜を作製する方法としては公知の方法を適用することが可能であり、
(1)半導体微粒子を含有する懸濁液を導電性基材上に塗布し、乾燥及び焼成を行って半導体層を形成する方法、
(2)コロイド溶液中に導電性基材を浸漬して電気泳動により半導体微粒子を導電性基材上に付着させる泳動電着法、
(3)コロイド溶液や分散液に発泡剤を混合して塗布した後、焼結して多孔質化する方法、
(4)ポリマーマイクロビーズを混合して塗布した後、このポリマーマイクロビーズを加熱処理や化学処理により除去して空隙を形成させ多孔質化する方法などを適用することができる。
As a method for producing the semiconductor porous film, it is possible to apply a known method,
(1) A method of forming a semiconductor layer by applying a suspension containing semiconductor fine particles on a conductive substrate, drying and firing,
(2) Electrophoretic electrodeposition method in which a conductive substrate is immersed in a colloidal solution, and semiconductor fine particles are adhered to the conductive substrate by electrophoresis.
(3) A method in which a foaming agent is mixed and applied to a colloidal solution or dispersion and then sintered to make it porous.
(4) After the polymer microbeads are mixed and applied, a method of removing the polymer microbeads by heat treatment or chemical treatment to form voids and making it porous can be applied.

上記の作製方法の中で、特に塗布方法としては公知の方法を適用することが可能で、スクリーン印刷法、インクジェット法、ロールコート法、ドクターブレード法、スピンコート法、スプレー塗布法などを挙げることができる。   Among the above-described production methods, a known method can be applied particularly as a coating method, and examples include a screen printing method, an ink jet method, a roll coating method, a doctor blade method, a spin coating method, and a spray coating method. Can do.

特に上記(1)の方法の場合、懸濁液中の半導体微粒子の粒子径は微細である方が好ましく、1次粒子として存在していることが好ましい。   In particular, in the case of the above method (1), the particle diameter of the semiconductor fine particles in the suspension is preferably finer and is preferably present as primary particles.

本発明の半導体多孔質膜層は伝導帯のエネルギー準位が異なる少なくとも2種以上の半導体組成からなることが特徴であり、且つ、前記透明導電性基板に向かって段階的にもしくは連続的に伝導帯のエネルギー準位が低くなっていくことが特徴である。例えば上記の塗布方法を用いて半導体組成の異なる複数の層を積層してもよく、また、2種以上の半導体微粒子分散液を、連続的に比率を変化させてスプレー塗布することで連続的に伝導体のエネルギー準位が低くなるように設計した半導体多孔質膜層を形成することが出来る。   The semiconductor porous membrane layer of the present invention is characterized by comprising at least two kinds of semiconductor compositions having different energy levels of conduction bands, and is conducted stepwise or continuously toward the transparent conductive substrate. The band is characterized by a lower energy level. For example, a plurality of layers having different semiconductor compositions may be laminated by using the above-described coating method, or two or more kinds of semiconductor fine particle dispersions may be continuously sprayed at different ratios. A semiconductor porous film layer designed so that the energy level of the conductor is lowered can be formed.

半導体微粒子を含有する懸濁液は、半導体微粒子を溶媒中に分散させることによって調製することができる。   The suspension containing the semiconductor fine particles can be prepared by dispersing the semiconductor fine particles in a solvent.

溶媒としては、半導体微粒子を分散し得るものであれば特に制限は無く、水、有機溶媒、水と有機溶媒との混合液が包含される。   The solvent is not particularly limited as long as it can disperse the semiconductor fine particles, and includes water, an organic solvent, and a mixed solution of water and an organic solvent.

有機溶媒としては、メタノールやエタノール等のアルコール、メチルエチルケトン、アセトン、アセチルアセトン等のケトン、ヘキサン、シクロヘキサン等の炭化水素等が用いられる。懸濁液中には、必要に応じて界面活性剤や粘度調節剤(ポリエチレングリコール等の多価アルコール等)、分散剤等を加えることができる。溶媒中の半導体微粒子の濃度の範囲は、0.1質量%〜70質量%が好ましく、0.1質量%〜30質量%が更に好ましい。   As the organic solvent, alcohols such as methanol and ethanol, ketones such as methyl ethyl ketone, acetone and acetyl acetone, hydrocarbons such as hexane and cyclohexane, and the like are used. In the suspension, a surfactant, a viscosity modifier (polyhydric alcohol such as polyethylene glycol), a dispersant and the like can be added as necessary. The concentration range of the semiconductor fine particles in the solvent is preferably 0.1% by mass to 70% by mass, and more preferably 0.1% by mass to 30% by mass.

上記のペーストは公知の分散機を用いて十分に1次粒子化させることが好ましい。本発明で用いることができる分散機としては、超音波分散機、ビーズミル分散機、ロールミル分散機などを挙げることができ、分散工程やペーストの粘度によって適宜選択することができる。   The above paste is preferably sufficiently primary particles using a known disperser. Examples of the disperser that can be used in the present invention include an ultrasonic disperser, a bead mill disperser, and a roll mill disperser, and can be appropriately selected depending on the dispersion step and the viscosity of the paste.

上記のようにして得られた半導体微粒子を含有する懸濁液を導電性基材上に塗布し、乾燥等を行った後、空気中または不活性ガス中で焼成して、導電性基材上に金属酸化物半導体層が形成される。   The suspension containing the semiconductor fine particles obtained as described above is applied on a conductive substrate, dried, etc., and then baked in air or in an inert gas. A metal oxide semiconductor layer is formed.

導電性基材上に懸濁液を塗布、乾燥して得られる半導体多孔質膜層は、半導体微粒子の集合体からなるもので、その微粒子の粒子径は使用した半導体微粒子の1次粒子径に依存するものである。導電性基材上に形成された半導体多孔質膜層は、導電性基材との結合力や、微粒子間の結合力が弱く、機械的に脆い膜であるため、この半導体微粒子集合体膜を焼成処理して機械的強度を高め、基板に強く固着した焼成物膜とすることが好ましい。   The semiconductor porous film layer obtained by applying and drying a suspension on a conductive substrate is composed of an aggregate of semiconductor fine particles, and the particle size of the fine particles is the primary particle size of the semiconductor fine particles used. It depends. The semiconductor porous membrane layer formed on the conductive substrate is a mechanically fragile film having a weak bonding force with the conductive substrate and a bonding force between the fine particles. It is preferable to increase the mechanical strength by baking treatment to obtain a fired product film that is strongly fixed to the substrate.

同時に焼成処理をすることで、粒子間が溶融密着による所謂ネッキングを形成し、半導体多孔質膜中の電子伝導性が向上する効果が得られる。   By carrying out the firing process at the same time, so-called necking due to fusion adhesion is formed between the particles, and the effect of improving the electron conductivity in the semiconductor porous film is obtained.

本発明においては、この焼成物膜はどのような構造を有していても良いが、多孔質構造(空隙を有する、ポーラスな層ともいう)であることが好ましい。   In the present invention, the fired product film may have any structure, but preferably has a porous structure (also referred to as a porous layer having voids).

ここで、半導体多孔質膜層の空隙率は、10体積%以下が好ましく、更に好ましくは、8体積%以下であり、特に好ましくは、0.01体積%〜5体積%以下である。   Here, the porosity of the semiconductor porous membrane layer is preferably 10% by volume or less, more preferably 8% by volume or less, and particularly preferably 0.01% by volume to 5% by volume.

尚、半導体多孔質膜層の空隙率は、誘電体の厚み方向に貫通性のある空隙率を意味し、水銀ポロシメーター(例えば、島津ポアライザー9220型)等の市販の装置を用いて測定することが出来る。   The porosity of the semiconductor porous film layer means a porosity that is penetrating in the thickness direction of the dielectric, and can be measured using a commercially available device such as a mercury porosimeter (for example, Shimadzu Polarizer 9220 type). I can do it.

焼成温度は300℃〜1000℃程度で行われるが、酸化チタンの場合は焼成温度によって得られる結晶相が異なるため注意が必要である。   The firing temperature is about 300 ° C. to 1000 ° C. However, in the case of titanium oxide, care must be taken because the crystal phase obtained varies depending on the firing temperature.

酸化チタンを本発明に用いる場合、900℃以上の焼成温度では、光触媒不活性なルチル晶を形成するため、一般的には600℃以下の温度で形成されるアナターゼ晶を用いることが好ましい。   When titanium oxide is used in the present invention, it is generally preferable to use an anatase crystal formed at a temperature of 600 ° C. or lower in order to form a photocatalytically inactive rutile crystal at a firing temperature of 900 ° C. or higher.

本発明の半導体多孔質膜層は、前記焼成処理後、半導体微粒子の表面積を増大させる目的、また半導体微粒子と基材電極間、また半導体微粒子間の電子伝導性を高める目的で、例えば四塩化チタン水溶液を用いた化学メッキや三塩化チタン水溶液を用いた電気化学的メッキ処理を行ってもよい。   The semiconductor porous membrane layer of the present invention is, for example, titanium tetrachloride for the purpose of increasing the surface area of the semiconductor fine particles after the baking treatment, and for increasing the electron conductivity between the semiconductor fine particles and the substrate electrode, or between the semiconductor fine particles. Chemical plating using an aqueous solution or electrochemical plating using a titanium trichloride aqueous solution may be performed.

<色素>
本発明において、前述した半導体多孔質膜層2の表面に吸着させる色素3としては、種々の可視光領域および/または赤外光領域に吸収を有し、金属酸化物半導体の伝導帯より高い最低空準位を有する色素が好ましく、公知の様々な色素を使用することができる。例えば、アゾ系色素、キノン系色素、キノンイミン系色素、キナクリドン系色素、スクアリリウム系色素、シアニン系色素、シアニジン系色素、メロシアニン系色素、トリフェニルメタン系色素、キサンテン系色素、ポルフィリン系色素、ペリレン系色素、インジゴ系色素、フタロシアニン系色素、ナフタロシアニン系色素、ローダミン系色素、ローダニン系色素などが挙げられる。なお、金属錯体色素も好ましく使用され、その場合においては、Cu、Ni、Fe、Co、V、Sn、Si、Ti、Ge、Cr、Zn、Ru、Mg、Al、Pb、Mn、In、Mo、Y、Zr、Nb、Sb、La、W、Pt、Ta、Ir、Pd、Os、Ga、Tb、Eu、Rb、Bi、Se、As、Sc、Ag、Cd、Hf、Re、Au、Ac、Tc、Te、Rhなどの種々の金属を用いることができる。
<Dye>
In the present invention, the dye 3 adsorbed on the surface of the semiconductor porous membrane layer 2 described above has absorption in various visible light regions and / or infrared light regions, and is the lowest higher than the conduction band of the metal oxide semiconductor. A dye having an empty level is preferable, and various known dyes can be used. For example, azo dyes, quinone dyes, quinone imine dyes, quinacridone dyes, squarylium dyes, cyanine dyes, cyanidin dyes, merocyanine dyes, triphenylmethane dyes, xanthene dyes, porphyrin dyes, perylene dyes Examples thereof include dyes, indigo dyes, phthalocyanine dyes, naphthalocyanine dyes, rhodamine dyes, and rhodanine dyes. Metal complex dyes are also preferably used. In this case, Cu, Ni, Fe, Co, V, Sn, Si, Ti, Ge, Cr, Zn, Ru, Mg, Al, Pb, Mn, In, Mo Y, Zr, Nb, Sb, La, W, Pt, Ta, Ir, Pd, Os, Ga, Tb, Eu, Rb, Bi, Se, As, Sc, Ag, Cd, Hf, Re, Au, Ac Various metals such as Tc, Te, and Rh can be used.

上記の中で、シアニン色素、メロシアニン色素、スクワリリウム色素などのポリメチン色素は好ましい態様の1つであり、具体的には特開平11−35836号、特開平11−67285号、特開平11−86916号、特開平11−97725号、特開平11−158395号、特開平11−163378号、特開平11−214730号、特開平11−214731号、特開平11−238905号、特開2004−207224号公報、特開2004−319202号公報、欧州特許892411号および同911841号などの各明細書に記載の色素を挙げることができる。更に金属錯体色素も好ましい態様の1つであり、金属フタロシアニン色素、金属ポルフィリン色素またはルテニウム錯体色素が好ましく、ルテニウム錯体色素が特に好ましい。ルテニウム錯体色素としては、例えば米国特許4927721号、同4684537号、同5084365号、同5350644号、同5463057号、同5525440号、特開平7−249790号、特表平10−504512号、WO98/50393号、特開2000−26487号、特開2001−223037号、特開2001−226607号、特許第3430254号公報、などの各明細書に記載の錯体色素を挙げることができる。   Of the above, polymethine dyes such as cyanine dyes, merocyanine dyes, and squarylium dyes are one preferred embodiment. Specifically, JP-A-11-35836, JP-A-11-67285, and JP-A-11-86916. JP-A-11-97725, JP-A-11-158395, JP-A-11-163378, JP-A-11-214730, JP-A-11-214731, JP-A-11-238905, JP-A-2004-207224 And dyes described in each specification such as JP-A No. 2004-319202, European Patent No. 892411 and No. 911841. Furthermore, a metal complex dye is also one preferred embodiment, and a metal phthalocyanine dye, a metal porphyrin dye or a ruthenium complex dye is preferable, and a ruthenium complex dye is particularly preferable. Examples of ruthenium complex dyes include U.S. Pat. Nos. 4,927,721, 4,684,537, 5,084,365, 5,350,644, 5,463,057, 5,525,440, JP-A-7-249790, JP-A-10-504512, WO 98/50393. And complex dyes described in each specification such as JP-A No. 2000-26487, JP-A No. 2001-223037, JP-A No. 2001-226607, JP-A No. 3430254, and the like.

これらの色素は、吸光係数が大きくかつ繰り返しの酸化還元に対して安定であることが好ましい。また、上記色素は金属酸化物半導体上に化学的に吸着することが好ましく、カルボキシル基、スルホン酸基、リン酸基、アミド基、アミノ基、カルボニル基、ホスフィン基などの官能基を有することが好ましい。   These dyes preferably have a large extinction coefficient and are stable against repeated redox. The dye is preferably chemically adsorbed on the metal oxide semiconductor and has a functional group such as a carboxyl group, a sulfonic acid group, a phosphoric acid group, an amide group, an amino group, a carbonyl group, or a phosphine group. preferable.

本発明に用いられる色素は、前期半導体多孔質膜に少なくとも2種以上吸着させて成ることが特徴であり、前記の色素例から適宜選択して用いることができる。選択される2種以上の色素は、少なくとも互いのLUMOレベルが異なることが好ましく、更には前記半導体組成における伝導体のエネルギー準位に対して最適に選択されることがより望ましい。   The dye used in the present invention is characterized by being adsorbed on at least two kinds of the semiconductor porous membrane in the previous period, and can be appropriately selected from the dye examples described above. The two or more selected dyes preferably have at least different LUMO levels from each other, and more preferably selected optimally for the energy level of the conductor in the semiconductor composition.

本発明では、金属酸化物の表面に吸着する色素として、ローダニン系色素を使用することが特に好ましい。ローダニン系色素であればどのような構造であっても好ましく用いることが可能であるが、前記一般式(1)または一般式(2)で表される少なくとも1種の色素を用いることが特に好ましい。   In the present invention, it is particularly preferable to use a rhodanine dye as the dye adsorbed on the surface of the metal oxide. Any structure can be used as long as it is a rhodanine dye, but it is particularly preferable to use at least one dye represented by the general formula (1) or the general formula (2). .

前記一般式(1)または一般式(2)において、X11〜X14及びX21〜X26は、それぞれ独立に酸素原子、硫黄原子、セレン原子のいずれかを表し、好ましくはX11、X12、X14、及びX21、X22、X24、X26がそれぞれ硫黄原子またはセレン原子であり、更に好ましくは硫黄原子である。X13、及びX23、X25は酸素原子であることが好ましい。R12、R13、及びR22、R23はそれぞれ独立に水素原子または置換基を表す。R14は−COOH基または−PO32基を表し、R24、R26は水素原子、−COOH基または−PO32基を表し、少なくとも1つは−COOH基または−PO32基を表す。L11、及びL21、L22はそれぞれ独立に2価の連結基を表す。2価の連結基の例としてはメチレン基(−CH2−)、エチレン基(−CH2CH2−)、プロピレン基(−CH2CH2CH2−)などが挙げられるが、特に好ましくはメチレン基、エチレン基である。R15、及びR25は置換または無置換アルキル基を表すが、炭素数1〜8の直鎖及び分岐のアルキル基が好ましく、炭素数2〜4の直鎖及び分岐のアルキル基(例えばエチル基、i−プロピル基、n−ブチル基など)が更に好ましい。 In the general formula (1) or the general formula (2), X 11 to X 14 and X 21 to X 26 each independently represent any of an oxygen atom, a sulfur atom, and a selenium atom, preferably X 11 , X 12 , X 14 and X 21 , X 22 , X 24 and X 26 are each a sulfur atom or a selenium atom, more preferably a sulfur atom. X 13 , X 23 and X 25 are preferably oxygen atoms. R 12 , R 13 , R 22 and R 23 each independently represents a hydrogen atom or a substituent. R 14 represents a —COOH group or —PO 3 H 2 group, R 24 and R 26 represent a hydrogen atom, —COOH group or —PO 3 H 2 group, and at least one of them represents a —COOH group or —PO 3 H group. 2 groups are represented. L 11 and L 21 and L 22 each independently represent a divalent linking group. Examples of the divalent linking group include a methylene group (—CH 2 —), an ethylene group (—CH 2 CH 2 —), a propylene group (—CH 2 CH 2 CH 2 —), and the like. A methylene group and an ethylene group; R 15 and R 25 each represents a substituted or unsubstituted alkyl group, preferably a linear or branched alkyl group having 1 to 8 carbon atoms, and a linear or branched alkyl group having 2 to 4 carbon atoms (for example, an ethyl group). , I-propyl group, n-butyl group and the like) are more preferable.

12、R13、及びR22、R23等の置換基の例としてはアルキル基(例えばメチル基、エチル基、i−プロピル基、t−ブチル基、n−ドデシル基及び1−ヘキシルノニル基等)、シクロアルキル基(例えばシクロプロピル基、シクロヘキシル基、ビシクロ[2.2.1]ヘプチル基及びアダマンチル基等)及びアルケニル基(例えば2−プロピレン基、オレイル基等)、アリール基(例えばフェニル基、オルト−トリル基、オルト−アニシル基、1−ナフチル基、9−アントラニル基等)、複素環基(例えば2−テトラヒドロフリル基、2−チオフェニル基、4−イミダゾリル基及び2−ピリジル基等)、ハロゲン原子(例えばフッ素原子、塩素原子、臭素原子等)、シアノ基、ニトロ基、ヒドロキシ基、メルカプト基、カルボキシル基、カルボニル基(例えばアセチル基、トリフルオロアセチル基、ピバロイル基等のアルキルカルボニル基、ベンゾイル基、ペンタフルオロベンゾイル基、3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシベンゾイル基等のアリールカルボニル基等)、オキシカルボニル基(例えばメトキシカルボニル基、シクロヘキシルオキシカルボニル基、n−ドデシルオキシカルボニル基等のアルコキシカルボニル基、フェノキシカルボニル基、2,4−ジ−t−アミルフェノキシカルボニル基、1−ナフチルオキシカルボニル基等のアリールオキシカルボニル基及び2−ピリジルオキシカルボニル基、1−フェニルピラゾリル−5−オキシカルボニル基などの複素環オキシカルボニル基等)、カルバモイル基(例えばジメチルカルバモイル基、4−(2,4−ジ−t−アミルフェノキシ)ブチルアミノカルボニル基等のアルキルカルバモイル基、フェニルカルバモイル基、1−ナフチルカルバモイル基等のアリールカルバモイル基)、アルコキシ基(例えばメトキシ基、2−エトキシエトキシ基等)、アリールオキシ基(例えばフェノキシ基、2,4−ジ−t−アミルフェノキシ基、4−(4−ヒドロキシフェニルスルホニル)フェノキシ基等)、複素環オキシ基(例えば4−ピリジルオキシ基、2−ヘキサヒドロピラニルオキシ基等)、カルボニルオキシ基(例えばアセチルオキシ基、トリフルオロアセチルオキシ基、ピバロイルオキシ基等のアルキルカルボニルオキシ基、ベンゾイルオキシ基、ペンタフルオロベンゾイルオキシ基等のアリールオキシ基等)、ウレタン基(例えばN,N−ジメチルウレタン基等のアルキルウレタン基、N−フェニルウレタン基、N−(p−シアノフェニル)ウレタン基等のアリールウレタン基)、スルホキシル基、スルホニルオキシ基(例えばメタンスルホニルオキシ基、トリフルオロメタンスルホニルオキシ基、n−ドデカンスルホニルオキシ基等のアルキルスルホニルオキシ基、ベンゼンスルホニルオキシ基、p−トルエンスルホニルオキシ基等のアリールスルホニルオキシ基)、アミノ基(例えばジメチルアミノ基、シクロヘキシルアミノ基、n−ドデシルアミノ基等のアルキルアミノ基、アニリノ基、p−t−オクチルアニリノ基等のアリールアミノ基等)、スルホニルアミノ基(例えばメタンスルホニルアミノ基、ヘプタフルオロプロパンスルホニルアミノ基、n−ヘキサデシルスルホニルアミノ基等のアルキルスルホニルアミノ基、p−トルエンスルホニルアミノ基、ペンタフルオロベンゼンスルホニルアミノ等のアリールスルホニルアミノ基)、スルファモイルアミノ基(例えばN,N−ジメチルスルファモイルアミノ基等のアルキルスルファモイルアミノ基、N−フェニルスルファモイルアミノ基等のアリールスルファモイルアミノ基)、アシルアミノ基(例えばアセチルアミノ基、ミリストイルアミノ基等のアルキルカルボニルアミノ基、ベンゾイルアミノ基等アリールカルボニルアミノ基)、ウレイド基(例えばN,N−ジメチルアミノウレイド基等のアルキルウレイド基、N−フェニルウレイド基、N−(p−シアノフェニル)ウレイド基等のアリールウレイド基)、スルホニル基(例えばメタンスルホニル基、トリフルオロメタンスルホニル基等のアルキルスルホニル基及びp−トルエンスルホニル基等のアリールスルホニル基)、スルファモイル基(例えばジメチルスルファモイル基、4−(2,4−ジ−t−アミルフェノキシ)ブチルアミノスルホニル基等のアルキルスルファモイル基、フェニルスルファモイル基等のアリールスルファモイル基)、アルキルチオ基(例えばメチルチオ基、t−オクチルチオ基等)、アリールチオ基(例えばフェニルチオ基等)及び複素環チオ基(例えば1−フェニルテトラゾール−5−チオ基、5−メチル−1,3,4−オキサジアゾール−2−チオ基等)等が挙げられる。これらの置換基は上記に示した置換基によってさらに置換されていてもよい。 Examples of substituents such as R 12 , R 13 , R 22 and R 23 include alkyl groups (eg, methyl group, ethyl group, i-propyl group, t-butyl group, n-dodecyl group and 1-hexylnonyl group). Etc.), cycloalkyl groups (eg cyclopropyl group, cyclohexyl group, bicyclo [2.2.1] heptyl group and adamantyl group etc.) and alkenyl groups (eg 2-propylene group, oleyl group etc.), aryl groups (eg phenyl Group, ortho-tolyl group, ortho-anisyl group, 1-naphthyl group, 9-anthranyl group, etc.), heterocyclic group (for example, 2-tetrahydrofuryl group, 2-thiophenyl group, 4-imidazolyl group, 2-pyridyl group, etc.) ), Halogen atoms (eg fluorine atom, chlorine atom, bromine atom, etc.), cyano group, nitro group, hydroxy group, mercapto group, carboxyl group, Rubonyl group (for example, alkylcarbonyl group such as acetyl group, trifluoroacetyl group, pivaloyl group, arylcarbonyl group such as benzoyl group, pentafluorobenzoyl group, 3,5-di-t-butyl-4-hydroxybenzoyl group) Oxycarbonyl groups (for example, alkoxycarbonyl groups such as methoxycarbonyl group, cyclohexyloxycarbonyl group, n-dodecyloxycarbonyl group, phenoxycarbonyl group, 2,4-di-t-amylphenoxycarbonyl group, 1-naphthyloxycarbonyl group Aryloxycarbonyl groups such as 2-hydroxyloxycarbonyl group, heterocyclic oxycarbonyl groups such as 1-phenylpyrazolyl-5-oxycarbonyl group, etc.), carbamoyl groups (for example, dimethylcarbamoyl group, 4- (2,4-di) t-amylphenoxy) alkylcarbamoyl group such as butylaminocarbonyl group, arylcarbamoyl group such as phenylcarbamoyl group, 1-naphthylcarbamoyl group), alkoxy group (for example, methoxy group, 2-ethoxyethoxy group, etc.), aryloxy group ( For example, phenoxy group, 2,4-di-t-amylphenoxy group, 4- (4-hydroxyphenylsulfonyl) phenoxy group, etc.), heterocyclic oxy group (for example, 4-pyridyloxy group, 2-hexahydropyranyloxy group) ), Carbonyloxy groups (eg, alkylcarbonyloxy groups such as acetyloxy group, trifluoroacetyloxy group, pivaloyloxy group, aryloxy groups such as benzoyloxy group, pentafluorobenzoyloxy group), urethane groups (eg, N, N-dimethylow Alkyl urethane groups such as a letane group, aryl urethane groups such as an N-phenylurethane group, N- (p-cyanophenyl) urethane group), sulfoxyl groups, sulfonyloxy groups (for example, methanesulfonyloxy groups, trifluoromethanesulfonyloxy groups, alkylsulfonyloxy group such as n-dodecanesulfonyloxy group, arylsulfonyloxy group such as benzenesulfonyloxy group, p-toluenesulfonyloxy group, etc., amino group (for example, dimethylamino group, cyclohexylamino group, n-dodecylamino group, etc.) Alkylamino group, anilino group, arylamino group such as pt-octylanilino group), sulfonylamino group (for example, methanesulfonylamino group, heptafluoropropanesulfonylamino group, n-hexadecylsulfonylamino) Alkylsulfonylamino groups such as a group, arylsulfonylamino groups such as p-toluenesulfonylamino group and pentafluorobenzenesulfonylamino), sulfamoylamino groups (for example, alkylsulfa such as N, N-dimethylsulfamoylamino group) Moylamino group, arylsulfamoylamino group such as N-phenylsulfamoylamino group), acylamino group (eg, alkylcarbonylamino group such as acetylamino group, myristoylamino group, arylcarbonylamino group such as benzoylamino group), Ureido group (for example, alkylureido group such as N, N-dimethylaminoureido group, N-phenylureido group, arylureido group such as N- (p-cyanophenyl) ureido group), sulfonyl group (for example, methanesulfonyl group, trifluoride) Alkylsulfonyl group such as lomethanesulfonyl group and arylsulfonyl group such as p-toluenesulfonyl group), sulfamoyl group (for example, dimethylsulfamoyl group, 4- (2,4-di-t-amylphenoxy) butylaminosulfonyl group, etc.) Alkylsulfamoyl group, arylsulfamoyl group such as phenylsulfamoyl group), alkylthio group (eg methylthio group, t-octylthio group etc.), arylthio group (eg phenylthio group etc.) and heterocyclic thio group (eg 1-phenyltetrazole-5-thio group, 5-methyl-1,3,4-oxadiazole-2-thio group and the like). These substituents may be further substituted with the substituents shown above.

12、R13、及びR22、R23はそれぞれ互いに結合して環構造を形成してもよく、形成される環構造としては脂肪族環、芳香族環のいずれでもよく、炭化水素環であっても複素環であってもよい。これら結合して形成された環も、上記に示した置換基によって置換されていてもよいし、更に別の環構造と縮合していてもよく、一般式(1)または一般式(2)で表される化合物そのものと更に縮合していてもよい。 R 12 , R 13 , R 22 and R 23 may be bonded to each other to form a ring structure, and the formed ring structure may be either an aliphatic ring or an aromatic ring, Or a heterocyclic ring. The ring formed by bonding may be substituted with the substituent shown above, or may be further condensed with another ring structure. In general formula (1) or general formula (2), It may be further condensed with the represented compound itself.

12、R13、及びR22、R23の置換基の例としては上記のものが挙げられるが、好ましいものはそれぞれ水素原子、ハロゲン原子、置換または無置換のアルキル基、アリール基、複素環基、アルコキシカルボニル基であり、更に好ましくは水素原子、置換または無置換アルキル基である。 Examples of the substituents for R 12 , R 13 , R 22 , and R 23 include those described above, and preferable examples are a hydrogen atom, a halogen atom, a substituted or unsubstituted alkyl group, an aryl group, and a heterocyclic ring. Group, an alkoxycarbonyl group, and more preferably a hydrogen atom, a substituted or unsubstituted alkyl group.

11、及びR21は任意の置換基を表し、上述したR12、R13、及びR22、R23と同様の置換基とすることが可能であるが、少なくとも1つ以上は電子吸引性の置換基であることが好ましく、その場合、nは1〜4の整数を表す。電子吸引性の置換基である場合、ハメットの置換基定数σpの値が0.1以上、0.8以下の置換基であることが好ましく、更には、置換基のσp値の総和が0.2以上、2.0以下であることが好ましく、0.25以上、1.5以下であることが最も好ましい。 R 11 and R 21 represent any substituents, and can be the same substituents as R 12 , R 13 , R 22 , and R 23 described above, but at least one of them is electron withdrawing. In such a case, n represents an integer of 1 to 4. In the case of an electron-withdrawing substituent, the Hammett's substituent constant σp is preferably 0.1 or more and 0.8 or less, and the sum of the σp values of the substituents is preferably 0.1. It is preferably 2 or more and 2.0 or less, and most preferably 0.25 or more and 1.5 or less.

ここでいうハメットの置換基定数σpの値としては、Hansch,C.Leoらの報告(例えば、J.Med.Chem.16、1207(1973);ibid.20、304(1977))に記載の値を用いるのが好ましい。   As the value of Hammett's substituent constant σp here, Hansch, C .; It is preferable to use the values described in the report of Leo et al. (For example, J. Med. Chem. 16, 1207 (1973); ibid. 20, 304 (1977)).

例えば、σpの値が0.10以上の置換基または原子としては、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子、カルボキシル基、シアノ基、ニトロ基、ハロゲン置換アルキル基(例えばトリクロロメチル、トリフルオロメチル、クロロメチル、トリフルオロメチルチオメチル、トリフルオロメタンスルホニルメチル、パーフルオロブチル)、脂肪族・芳香族もしくは複素環アシル基(例えばホルミル、アセチル、ベンゾイル)、脂肪族・芳香族もしくは複素環スルホニル基(例えばトリフルオロメタンスルホニル、メタンスルホニル、ベンゼンスルホニル)、カルバモイル基(例えばカルバモイル、メチルカルバモイル、フェニルカルバモイル、2−クロロ−フェニルカルバモイル)、アルコキシカルボニル基(例えばメトキシカルボニル、エトキシカルボニル、ジフェニルメチルカルボニル)、置換芳香族基(例えばペンタクロロフェニル、ペンタフルオロフェニル、2,4−ジメタンスルホニルフェニル、2−トリフルオロメチルフェニル)、複素環残基(例えば2−ベンゾオキサゾリル、2−ベンズチアゾリル、1−フェニル−2−ベンズイミダゾリル、1−テトラゾリル)、アゾ基(例えばフェニルアゾ)、ジトリフルオロメチルアミノ基、トリフルオロメトキシ基、アルキルスルホニルオキシ基(例えばメタンスルホニルオキシ)、アシロキシ基(例えばアセチルオキシ、ベンゾイルオキシ)、アリールスルホニルオキシ基(例えばベンゼンスルホニルオキシ)、ホスホリル基(例えばジメトキシホスホニル、ジフェニルホスホリル)、スルファモイル基(例えばN−エチルスルファモイル、N,N−ジプロピルスルファモイル、N−(2−ドデシルオキシエチル)スルファモイル、N−エチル−N−ドデシルスルファモイル、N,N−ジエチルスルファモイル)などが挙げられる。   For example, a substituent or atom having a value of σp of 0.10 or more includes a chlorine atom, a bromine atom, an iodine atom, a carboxyl group, a cyano group, a nitro group, a halogen-substituted alkyl group (for example, trichloromethyl, trifluoromethyl, chloro Methyl, trifluoromethylthiomethyl, trifluoromethanesulfonylmethyl, perfluorobutyl), aliphatic / aromatic or heterocyclic acyl groups (eg formyl, acetyl, benzoyl), aliphatic / aromatic or heterocyclic sulfonyl groups (eg trifluoromethane) Sulfonyl, methanesulfonyl, benzenesulfonyl), carbamoyl groups (eg carbamoyl, methylcarbamoyl, phenylcarbamoyl, 2-chloro-phenylcarbamoyl), alkoxycarbonyl groups (eg methoxycarbonyl, ethoxycarbonyl) Bonyl, diphenylmethylcarbonyl), substituted aromatic groups (eg pentachlorophenyl, pentafluorophenyl, 2,4-dimethanesulfonylphenyl, 2-trifluoromethylphenyl), heterocyclic residues (eg 2-benzoxazolyl, 2-benzthiazolyl, 1-phenyl-2-benzimidazolyl, 1-tetrazolyl), azo group (eg phenylazo), ditrifluoromethylamino group, trifluoromethoxy group, alkylsulfonyloxy group (eg methanesulfonyloxy), acyloxy group ( For example, acetyloxy, benzoyloxy), arylsulfonyloxy group (eg benzenesulfonyloxy), phosphoryl group (eg dimethoxyphosphonyl, diphenylphosphoryl), sulfamoyl group (eg N-ethylsulfa) Moyl, N, N-dipropylsulfamoyl, N- (2-dodecyloxyethyl) sulfamoyl, N-ethyl-N-dodecylsulfamoyl, N, N-diethylsulfamoyl) and the like.

σpの値が0.35以上の置換基としてはシアノ基、ニトロ基、カルボキシル基、弗素置換アルキル基(例えばトリフルオロメチル、パーフルオロブチル)、脂肪族・芳香族もしくは複素環アシル基(例えばアセチル、ベンゾイル、ホルミル)、脂肪族・芳香族もしくは複素環スルホニル基(例えばトリフルオロメタンスルホニル、メタンスルホニル、ベンゼンスルホニル)、カルバモイル基(例えばカルバモイル、メチルカルバモイル、フェニルカルバモイル、2−クロロ−フェニルカルバモイル)、アルコキシカルボニル基(例えばメトキシカルボニル、エトキシカルボニル、ジフェニルメチルカルボニル)、弗素またはスルホニル基置換芳香族基(例えばペンタフルオロフェニル、2,4−ジメタンスルホニルフェニル)、複素環残基(例えば1−テトラゾリル)、アゾ基(例えばフェニルアゾ)、アルキルスルホニルオキシ基(例えばメタンスルホニルオキシ)、ホスホリル基(例えばジメトキシホスホリル、ジフェニルホスホリル)、スルファモイル基などが挙げられる。   Substituents with a σp value of 0.35 or more include cyano groups, nitro groups, carboxyl groups, fluorine-substituted alkyl groups (eg trifluoromethyl, perfluorobutyl), aliphatic / aromatic or heterocyclic acyl groups (eg acetyl) , Benzoyl, formyl), aliphatic / aromatic or heterocyclic sulfonyl groups (eg trifluoromethanesulfonyl, methanesulfonyl, benzenesulfonyl), carbamoyl groups (eg carbamoyl, methylcarbamoyl, phenylcarbamoyl, 2-chloro-phenylcarbamoyl), alkoxy Carbonyl group (for example, methoxycarbonyl, ethoxycarbonyl, diphenylmethylcarbonyl), fluorine or sulfonyl group substituted aromatic group (for example, pentafluorophenyl, 2,4-dimethanesulfonylphenyl), heterocyclic residue Such as 1-tetrazolyl), an azo group (e.g. phenylazo), an alkylsulfonyloxy group (e.g. methanesulfonyloxy), a phosphoryl group (e.g., dimethoxyphosphoryl, diphenylphosphoryl), a sulfamoyl group.

σpの値が0.60以上の置換基としては、シアノ基、ニトロ基、脂肪族・芳香族もしくは複素環スルホニル基(例えばトリフルオロメタンスルホニル、ジフルオロメタンスルホニル、メタンスルホニル、ベンゼンスルホニル)などが挙げられる。   Examples of the substituent having a value of σp of 0.60 or more include a cyano group, a nitro group, an aliphatic / aromatic or heterocyclic sulfonyl group (for example, trifluoromethanesulfonyl, difluoromethanesulfonyl, methanesulfonyl, benzenesulfonyl) and the like. .

11、及びR21として好ましいのは、ハロゲン原子、ハロゲン置換アルキル基(トリフルオロメチル基等)、アルコキシカルボニル基、カルバモイル基、シアノ基である。 R 11 and R 21 are preferably a halogen atom, a halogen-substituted alkyl group (such as a trifluoromethyl group), an alkoxycarbonyl group, a carbamoyl group, or a cyano group.

一般式(1)または一般式(2)の化合物には、該一般式で表される化合物そのものの他に、該化合物から誘導されるイオン及び塩を含む。例えば分子構造中にスルホン酸基を有している場合には、該化合物の他にスルホン酸基が解離して生じる陰イオン、及び該陰イオンと対陽イオンとで形成される塩を含む。このような塩としてはナトリウム塩、カリウム塩、マグネシウム塩、カルシウム塩等の金属イオンと形成した塩であっても良いし、ピリジン、ピペリジン、トリエチルアミン、アニリン、ジアザビシクロウンデセン等の有機塩基と形成した塩であっても良い。分子内に塩基性基を有する化合物の場合も同様に該化合物がプロトン化されて生成する陽イオン、及び塩酸塩、硫酸塩、酢酸塩、メチルスルホン酸塩、p−トルエンスルホン酸塩などの、酸と形成した塩である場合も含まれる。   The compound of the general formula (1) or the general formula (2) includes ions and salts derived from the compound in addition to the compound itself represented by the general formula. For example, when it has a sulfonic acid group in the molecular structure, it includes, in addition to the compound, an anion generated by dissociation of the sulfonic acid group, and a salt formed by the anion and a counter cation. Such a salt may be a salt formed with a metal ion such as sodium salt, potassium salt, magnesium salt or calcium salt, or an organic base such as pyridine, piperidine, triethylamine, aniline or diazabicycloundecene. It may be a formed salt. Similarly, in the case of a compound having a basic group in the molecule, a cation produced by protonation of the compound, and hydrochloride, sulfate, acetate, methylsulfonate, p-toluenesulfonate, etc. Also included are salts formed with acids.

以下に、本発明における一般式(1)または一般式(2)で表される化合物の具体例を示すが、本発明の内容がこれら例示化合物に限定されるものではない。   Specific examples of the compound represented by the general formula (1) or the general formula (2) in the present invention are shown below, but the content of the present invention is not limited to these exemplified compounds.

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本発明の上記化合物は、例えばエフ・エム・ハーマ著「シアニン・ダイズ・アンド・リレーテッド・コンパウンズ」(1964,インター・サイエンス・パブリッシャーズ発刊)、米国特許第2,454,629号、同2,493,748号、特開平6−301136号、同2003−203684号等に記載された従来公知の方法を参考にして合成することができる。   The above-mentioned compounds of the present invention include, for example, “Myanine Soybean and Relayed Compounds” (1964, published by Inter Science Publishers), US Pat. No. 2,454,629, 2 , 493,748, JP-A-6-301136, 2003-203684 and the like, and can be synthesized with reference to conventionally known methods.

これらの色素は、吸光係数が大きくかつ繰り返しの酸化還元に対して安定であることが好ましい。また、上記色素は金属酸化物半導体上に化学的に吸着することが好ましく、カルボキシル基、スルホン酸基、リン酸基、アミド基、アミノ基、カルボニル基、ホスフィン基などの官能基を有することが好ましい。   These dyes preferably have a large extinction coefficient and are stable against repeated redox. The dye is preferably chemically adsorbed on the metal oxide semiconductor and has a functional group such as a carboxyl group, a sulfonic acid group, a phosphoric acid group, an amide group, an amino group, a carbonyl group, or a phosphine group. preferable.

本発明において、半導体多孔質膜層に色素を吸着させる方法としては、特に限定されず、公知の方法を用いることができる。例えば、色素を有機溶剤に溶解して色素溶液を調製し、得られた色素溶液に透明導電膜上の半導体層を浸漬する方法、または得られた色素溶液を半導体層表面に塗布する方法などが挙げられる。前者においてはデイプ法、ローラ法、エヤーナイフ法などが適用でき、後者においてはワイヤーバー法、アプリケーション法、スピン法、スプレー法、オフセット印刷法、スクリーン印刷法などが適用できる。なお、色素の吸着に先立って、半導体層の表面を予め減圧処理や加熱処理など処理を施し、表面を活性化し膜中の水分を除去する工程を有しても良い。   In the present invention, the method for adsorbing the dye to the semiconductor porous membrane layer is not particularly limited, and a known method can be used. For example, a method of dissolving a dye in an organic solvent to prepare a dye solution and immersing the semiconductor layer on the transparent conductive film in the obtained dye solution, or a method of applying the obtained dye solution to the surface of the semiconductor layer, etc. Can be mentioned. In the former, a deep method, a roller method, an air knife method or the like can be applied, and in the latter, a wire bar method, an application method, a spin method, a spray method, an offset printing method, a screen printing method, or the like can be applied. Prior to the adsorption of the dye, the surface of the semiconductor layer may be subjected to a treatment such as a decompression treatment or a heat treatment in advance to activate the surface and remove moisture in the film.

半導体層への増感効果を好ましく得る観点から、半導体膜を色素の溶液に浸漬する時間は、3時間〜48時間が好ましく、更に好ましくは、4時間〜24時間である。   From the viewpoint of preferably obtaining a sensitizing effect on the semiconductor layer, the time for immersing the semiconductor film in the dye solution is preferably 3 hours to 48 hours, and more preferably 4 hours to 24 hours.

また、浸漬にあたり色素溶液は、色素が分解しないかぎりにおいて、沸騰しない温度にまで加熱して用いてもよい。好ましい温度範囲は10℃〜50℃、とくに好ましくは15℃〜35℃であるが、前記のとおり溶媒が前記温度範囲で沸騰する場合はこの限りでない。また、沸騰する上限で吸着させる場合は、還流装置などを用いて溶媒が枯渇しない条件で吸着処理を行うことが好ましい。   In addition, the dye solution may be heated to a temperature at which it does not boil as long as the dye does not decompose. The preferred temperature range is 10 ° C. to 50 ° C., particularly preferably 15 ° C. to 35 ° C., but this is not the case when the solvent boils in the temperature range as described above. Moreover, when making it adsorb | suck in the upper limit which boils, it is preferable to perform an adsorption | suction process on the conditions which a solvent does not deplete using a reflux apparatus etc.

また、半導体膜を浸漬した色素溶液に超音波照射を行うこともできる。超音波照射は市販の装置を用いることができ、また、照射時間としては、好ましくは30分〜4時間であり、更に好ましくは1時間〜3時間である。   In addition, the dye solution in which the semiconductor film is immersed can be irradiated with ultrasonic waves. A commercially available apparatus can be used for the ultrasonic irradiation, and the irradiation time is preferably 30 minutes to 4 hours, more preferably 1 hour to 3 hours.

色素溶液に用いる溶媒は、色素を溶解するものであればよく、従来公知の溶媒を用いることができる。また、当該溶媒は、常法に従って精製された溶媒、また溶媒の使用に先立って、必要に応じて蒸留および/または乾燥を行い、より純度の高い溶媒であることが好ましく、例えば、メタノール、エタノール、ブタノール、1種又はそれ以上の疎水性溶媒、非プロトン性溶媒、疎水性かつ非プロトン性の溶媒またはそれらの混合物が挙げられる。ここで、疎水性溶媒としては、例えば、塩化メチレン、クロロホルム、四塩化炭素等のハロゲン化脂肪族炭化水素;ヘキサン、シクロヘキサン等の炭化水素;ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素;クロロベンゼン、ジクロロベンゼン等のハロゲン化芳香族炭化水素;酢酸エチル、酢酸ブチル、安息香酸エチル等のエステル類等、並びにそれらの組合せた混合溶媒等が挙げられる。非プロトン性溶媒としては、例えば、アセトン、メチルエチルケトン等のケトン類;ジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、ジメトキシエタン等のエーテル類;アセトニトリル、ジメチルアセトアミド、ヘキサメチルリン酸トリアミド等の窒素化合物類;二硫化炭素、ジメチルスルホキシド等の硫黄化合物類;ヘキサメチルホスホルアミド等のリン化合物類、並びにそれらの組み合せが挙げられる。好ましく用いられる溶媒はメタノール、エタノール、n−プロパノール、n−ブタノール、t−ブタノールなどのアルコール系溶媒、アセトン、メチルエチルケトンなどのケトン系溶媒、ジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、テトラヒドロフラン、1,4−ジオキサンなどのエーテル系溶媒、塩化メチレン、1,1,2−トリクロロエタンなどのハロゲン化炭化水素溶媒、窒素化合物類であるアセトニトリルであり、特に好ましくはメタノール、エタノール、アセトン、メチルエチルケトン、テトラヒドロフラン、塩化メチレン、アセトニトリルである。   The solvent used for the dye solution may be any solvent that dissolves the dye, and a conventionally known solvent can be used. In addition, the solvent is preferably a solvent purified in accordance with a conventional method, or a solvent having higher purity by performing distillation and / or drying as necessary prior to use of the solvent, for example, methanol, ethanol , Butanol, one or more hydrophobic solvents, aprotic solvents, hydrophobic and aprotic solvents or mixtures thereof. Here, examples of the hydrophobic solvent include halogenated aliphatic hydrocarbons such as methylene chloride, chloroform and carbon tetrachloride; hydrocarbons such as hexane and cyclohexane; aromatic hydrocarbons such as benzene, toluene and xylene; chlorobenzene, And halogenated aromatic hydrocarbons such as dichlorobenzene; esters such as ethyl acetate, butyl acetate, and ethyl benzoate; Examples of the aprotic solvent include ketones such as acetone and methyl ethyl ketone; ethers such as diethyl ether, diisopropyl ether and dimethoxyethane; nitrogen compounds such as acetonitrile, dimethylacetamide and hexamethylphosphoric triamide; carbon disulfide; Sulfur compounds such as dimethyl sulfoxide; phosphorus compounds such as hexamethylphosphoramide; and combinations thereof. Solvents preferably used include alcohol solvents such as methanol, ethanol, n-propanol, n-butanol and t-butanol, ketone solvents such as acetone and methyl ethyl ketone, diethyl ether, diisopropyl ether, tetrahydrofuran and 1,4-dioxane. Ether solvents, halogenated hydrocarbon solvents such as methylene chloride and 1,1,2-trichloroethane, and nitrogen compounds such as acetonitrile, particularly preferably methanol, ethanol, acetone, methyl ethyl ketone, tetrahydrofuran, methylene chloride and acetonitrile. .

色素溶液中の色素の濃度は、使用する色素、溶媒の種類、色素吸着工程により適宜調整することができ、例えば、1×10-5モル/リットル以上、好ましくは5×10-5〜1×10-2モル/リットル程度が挙げられる。 The density | concentration of the pigment | dye in a pigment | dye solution can be suitably adjusted with the pigment | dye to be used, the kind of solvent, and a pigment | dye adsorption process, for example, 1 * 10 < -5 > mol / liter or more, Preferably it is 5 * 10 < -5 > -1 *. About 10 −2 mol / liter is mentioned.

尚、色素の吸着量が少ないと増感効果が不十分になり、逆に吸着量が多いと酸化物半導体に吸着していない色素が浮遊して、これが増感効果を減じ、光電変換効率の低下をもたらす原因となるので好ましくない。上記のことから、未吸着の色素を洗浄により速やかに除去するのが好ましい。洗浄溶剤としては、色素の溶解性が比較的低く、かつ乾燥しやすい溶剤が好ましい。また、洗浄は加熱状態で行うのが好ましい。また、洗浄により余分な色素を除去した後、色素の吸着状態をより安定にするために、酸化物半導体微粒子の表面を有機塩基性化合物で処理して、未反応色素の除去を促進させてもよい。有機塩基性化合物としては、ピリジン、キノリンなどの誘導体が挙げられる。これら化合物が液体の場合にはそのまま用いてもよいが、固体の場合には溶剤、好ましくは色素溶液と同一の溶剤に溶解して用いてもよい。   Note that if the amount of dye adsorbed is small, the sensitizing effect will be insufficient. Conversely, if the amount of adsorbed is large, the dye not adsorbed on the oxide semiconductor will float, which will reduce the sensitizing effect and increase the photoelectric conversion efficiency. This is not preferable because it causes a decrease. From the above, it is preferable to quickly remove the unadsorbed dye by washing. As the cleaning solvent, a solvent having relatively low solubility of the dye and easy to dry is preferable. Moreover, it is preferable to perform washing in a heated state. In addition, after removing excess dye by washing, the surface of the oxide semiconductor fine particles may be treated with an organic basic compound to promote removal of unreacted dye in order to make the adsorption state of the dye more stable. Good. Examples of the organic basic compound include derivatives such as pyridine and quinoline. When these compounds are liquid, they may be used as they are, but when they are solid, they may be dissolved in a solvent, preferably the same solvent as the dye solution.

本発明の色素を2種以上用いる場合は、混合する色素の比率は特に限定は無く、それぞれの色素より最適化し選択されるが、一般的に等モルずつの混合から、1つの色素につき10%モル程度以上使用するのが好ましい。色素を2種以上併用する場合の具体的方法としては、混合溶解して吸着させても、色素を半導体層に順次吸着させても良い。また、予め色素を吸着させた半導体を後工程で積層する構成でも良い。併用する色素を混合し溶解した溶液を用いて酸化物半導体層に色素を吸着する場合、溶液中の色素合計の濃度は1種類のみ担持する場合と同様でよい。色素を混合して使用する場合の溶媒としては前記したような溶媒が使用可能である。併用する色素それぞれについて溶液を調製し半導体層に吸着させる場合も、溶媒としては前記したような溶媒が使用可能であり、使用する各色素用の溶媒は同一でも異なっていてもよい。各色素について別々の溶液を調製し、各溶液に順に浸漬して作製する場合は、第1の色素を浸漬吸着させた半導体層をその色素の良溶媒で表層を軽く洗浄し、続く工程で第2の色素を浸漬吸着させることで多層吸着とすることができる。   When two or more dyes of the present invention are used, the ratio of the dyes to be mixed is not particularly limited and is optimized and selected from the respective dyes. Generally, from the equimolar mixture, 10% per dye. It is preferable to use about mol or more. As a specific method when two or more kinds of dyes are used in combination, the dyes may be adsorbed on the semiconductor layer sequentially or may be mixed and dissolved. Moreover, the structure which laminates | stacks the semiconductor which adsorb | sucked the pigment | dye previously at a post process may be sufficient. When the dye is adsorbed to the oxide semiconductor layer using a solution in which the dye to be used in combination is mixed and dissolved, the total concentration of the dye in the solution may be the same as when only one kind is supported. As a solvent in the case of using a mixture of dyes, the above-mentioned solvents can be used. Even when a solution is prepared for each dye to be used in combination and adsorbed to the semiconductor layer, the solvent described above can be used as the solvent, and the solvent for each dye to be used may be the same or different. When preparing a separate solution for each dye and immersing in each solution in order, the surface layer of the semiconductor layer on which the first dye is immersed and adsorbed is lightly washed with a good solvent for the dye. Multilayer adsorption can be achieved by immersion adsorption of the two dyes.

酸化物半導体微粒子の薄膜に色素を担持する際、色素同士の会合を防ぐために包摂化合物の共存下、色素を担持することが効果的である。ここで包摂化合物としてはコール酸等のステロイド系化合物、クラウンエーテル、シクロデキストリン、カリックスアレン、ポリエチレンオキサイドなどが挙げられるが、好ましいものとしてはデオキシコール酸、デヒドロデオキシコール酸、ケノデオキシコール酸、コール酸メチルエステル、コール酸ナトリウム等のコール酸類、ポリエチレンオキサイド等が挙げられる。また、色素を担持させた後、4−t−ブチルピリジン等のアミン化合物で半導体層表面を処理しても良い。処理の方法は例えばアミンのエタノール溶液に色素を担持した半導体微粒子薄膜の設けられた基板を浸す方法等が採られる。   When the dye is supported on the thin film of oxide semiconductor fine particles, it is effective to support the dye in the presence of the inclusion compound in order to prevent the association between the dyes. Examples of inclusion compounds include steroidal compounds such as cholic acid, crown ether, cyclodextrin, calixarene, polyethylene oxide, and the like. Deoxycholic acid, dehydrodeoxycholic acid, chenodeoxycholic acid, methyl cholate are preferable. Examples include esters, cholic acids such as sodium cholate, polyethylene oxide, and the like. Further, after the dye is supported, the surface of the semiconductor layer may be treated with an amine compound such as 4-t-butylpyridine. As a treatment method, for example, a method in which a substrate provided with a semiconductor fine particle thin film carrying a dye in an ethanol solution of amine is immersed.

<導電性基材>
本発明で用いられる導電性基材1は実質的に透明であることが好ましく、所謂透明導電性基材であることが重要である。実質的に透明であるとは光の透過率が10%以上であることを意味し、50%以上であることが好ましく、80%以上であることが特に好ましい。導電性基材とはそれ自体が導電性を有する基材、またはその表面に導電層を有する基材を利用することができる。後者の場合、基材としてはガラス板や、酸化チタンやアルミナなどのセラミックの研磨板、更に公知の種々のプラスチックシートを使用することが可能である。
<Conductive substrate>
The conductive substrate 1 used in the present invention is preferably substantially transparent, and it is important that it is a so-called transparent conductive substrate. “Substantially transparent” means that the light transmittance is 10% or more, preferably 50% or more, and particularly preferably 80% or more. As the conductive substrate, a substrate having conductivity per se, or a substrate having a conductive layer on the surface thereof can be used. In the latter case, it is possible to use a glass plate, a ceramic polishing plate such as titanium oxide or alumina, and various known plastic sheets as the substrate.

具体的なプラスチックシートの例としては、トリアセチルセルロース(TAC)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリフェニレンスルファイド(PPS)、シンジオタクチックポリステレン(SPS)、ポリカーボネート(PC),ポリアリレート(PA)、ポリエーテルイミド(PEI)、ポリスルフォン(PSF)、ポリエーテルスルホン(PES)、環状ポリオレフィン、フェノキシ樹脂、ブロム化フェノキシ等を挙げることができる。本発明においてはプラズマ照射工程で高温下にさらされるため、より軟化点の高いプラスチックシートを用いることが好ましく、軟化点は好ましくは100℃以上、更に好ましくは150℃以上である。軟化点はJIS−K7206のビカット軟化点を測定することで評価することができる。   Specific examples of the plastic sheet include triacetyl cellulose (TAC), polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), polyphenylene sulfide (PPS), syndiotactic polyester (SPS), and polycarbonate (PC). , Polyarylate (PA), polyetherimide (PEI), polysulfone (PSF), polyethersulfone (PES), cyclic polyolefin, phenoxy resin, brominated phenoxy and the like. In the present invention, since it is exposed to a high temperature in the plasma irradiation step, it is preferable to use a plastic sheet having a higher softening point, and the softening point is preferably 100 ° C. or higher, more preferably 150 ° C. or higher. The softening point can be evaluated by measuring the Vicat softening point of JIS-K7206.

図1中、光透過性基材11上に設ける導電層12に使用する導電性材料は、種々公知の金属や金属酸化物等からなる無機系導電性材料、ポリマー系導電性材料、無機有機複合型の導電性材料、またはこれらを任意に混合した導電性材料など、あらゆるものを使用することができる。   In FIG. 1, the conductive material used for the conductive layer 12 provided on the light-transmitting substrate 11 is an inorganic conductive material, polymer-based conductive material, or inorganic-organic composite made of various known metals and metal oxides. Any type of conductive material can be used, such as a conductive material of a type, or a conductive material in which these are arbitrarily mixed.

無機系導電性材料として具体的には、白金、金、銀、銅、亜鉛、チタン、アルミニウム、ロジウム、インジウム等の金属、導電性カーボン、更にスズドープ酸化インジウム(ITO)、酸化スズ(SnO2)、フッ素ドープ酸化スズ(FTO)、アンチモンドープ酸化スズ(ATO)、酸化亜鉛(ZnO2)等の金属酸化物を挙げることができる。ポリマー系導電性材料として具体的には、各種チオフェン、ピロール、フラン、アニリンなどの誘導体を重合させてなる導電性ポリマーやポリアセチレン等を挙げることができるが、導電性が高い観点からポリチオフェンが好ましく、特にポリエチレンジオキシチオフェン類(PEDOT/PSS)が好ましい。 Specific examples of the inorganic conductive material include metals such as platinum, gold, silver, copper, zinc, titanium, aluminum, rhodium, and indium, conductive carbon, tin-doped indium oxide (ITO), and tin oxide (SnO 2 ). And metal oxides such as fluorine-doped tin oxide (FTO), antimony-doped tin oxide (ATO), and zinc oxide (ZnO 2 ). Specific examples of the polymer-based conductive material include conductive polymers obtained by polymerizing various derivatives such as thiophene, pyrrole, furan, and aniline, and polyacetylene. Polythiophene is preferable from the viewpoint of high conductivity, Polyethylene dioxythiophenes (PEDOT / PSS) are particularly preferable.

基材上に導電層を形成する方法としては、導電性材料に応じた公知の適切な方法を用いることが可能で、例えば、ITOなどの金属酸化物からなる導電層を形成する場合、スパッタ法、CVD法、SPD法(スプレー熱分解堆積法)、蒸着法などの薄膜形成法が挙げられる。また、ポリマー系導電性材料からなる導電層を形成する場合は、公知の様々な塗布法により形成することが好ましい。   As a method for forming a conductive layer on a substrate, a known appropriate method according to a conductive material can be used. For example, when a conductive layer made of a metal oxide such as ITO is formed, a sputtering method is used. And thin film forming methods such as CVD, SPD (spray pyrolysis deposition) and vapor deposition. Further, when forming a conductive layer made of a polymer-based conductive material, it is preferably formed by various known coating methods.

導電層の膜厚は0.01μm〜10μm程度が好ましく、0.05μm〜5μm程度が更に好ましい。   The thickness of the conductive layer is preferably about 0.01 μm to 10 μm, more preferably about 0.05 μm to 5 μm.

導電性基材としては表面抵抗が低いほど良く、具体的には50Ω/cm2以下であることが好ましく、10Ω/cm2以下であることが更に好ましい。 The lower the surface resistance of the conductive substrate, the better. Specifically, it is preferably 50 Ω / cm 2 or less, more preferably 10 Ω / cm 2 or less.

また、導電性基材の集電効率を向上し更に導電性を上げるために、光透過率を著しく損なわない範囲の面積率で、金、銀、銅、白金、アルミニウム、ニッケル、インジウム、チタン、タングステンなどからなる金属配線層を前記導電層と併用してもよい。金属配線層を用いる場合、格子状、縞状、櫛状などのパターンとして、光が導電性基材を均一に透過するように配設するとよい。金属配線層を併用する場合、基材に蒸着、スパッタリング等で設置し、その上に前記導電層を設けるのが好ましい。   In addition, in order to improve the current collection efficiency of the conductive substrate and further increase the conductivity, the area ratio in a range that does not significantly impair the light transmittance, gold, silver, copper, platinum, aluminum, nickel, indium, titanium, A metal wiring layer made of tungsten or the like may be used in combination with the conductive layer. In the case of using a metal wiring layer, it is preferable that light is uniformly transmitted through the conductive base material as a pattern such as a lattice shape, a stripe shape, or a comb shape. When a metal wiring layer is used in combination, it is preferable to install the conductive layer on the substrate by vapor deposition, sputtering, or the like.

色素増感型太陽電池においては、前記光透過性基材上に設けた導電層とセル中に封止された電解質との短絡による開放電圧の低下を抑制するため、透明導電性基材の上に金属酸化物などを数nm〜数十nm程度形成させておくことが好ましい。具体的には、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化錫、酸化インジウム、酸化ニオブ、酸化タングステン、酸化ジルコニウム、チタン酸ストロンチウム、チタン酸バリウム、チタン酸カルシウムなどを上げることが出来、これらを単体もしくは混合した膜を、真空蒸着法、スパッタリング法、CVD法、ディップコート法などを用いて形成させておくことが望ましい。   In a dye-sensitized solar cell, in order to suppress a decrease in open circuit voltage due to a short circuit between the conductive layer provided on the light-transmitting substrate and the electrolyte sealed in the cell, It is preferable to form a metal oxide or the like on the order of several nm to several tens of nm. Specifically, titanium oxide, zinc oxide, tin oxide, indium oxide, niobium oxide, tungsten oxide, zirconium oxide, strontium titanate, barium titanate, calcium titanate, etc. can be raised, and these are mixed alone or in combination. It is desirable to form the film using a vacuum deposition method, a sputtering method, a CVD method, a dip coating method, or the like.

<電荷移動層>
電荷移動層は色素の酸化体に電子を補充する機能を有する電荷輸送材料を含有する層である。本発明で用いることのできる代表的な電荷輸送材料の例としては、酸化還元対イオンが溶解した溶剤や酸化還元対イオンを含有する常温溶融塩などの電解液、酸化還元対イオンの溶液をポリマーマトリクスや低分子ゲル化剤等に含浸したゲル状の擬固体化電解質、更には高分子固体電解質等が挙げられる。また、イオンが関わる電荷輸送材料の他に、固体中のキャリア移動が電気伝導に関わる材料として、電子輸送材料や正孔(ホール)輸送材料を挙げることもでき、これらは併用してすることも可能である。
<Charge transfer layer>
The charge transfer layer is a layer containing a charge transport material having a function of replenishing electrons to the oxidant of the dye. Examples of typical charge transport materials that can be used in the present invention include a solvent in which a redox counter ion is dissolved, an electrolytic solution such as a room temperature molten salt containing the redox counter ion, and a solution of the redox counter ion as a polymer. Examples thereof include a gel-like quasi-solidified electrolyte impregnated with a matrix, a low-molecular gelling agent, and the like, and a polymer solid electrolyte. In addition to charge transport materials that involve ions, electron transport materials and hole transport materials can also be used as materials whose carrier transport in solids is involved in electrical conduction, and these can be used in combination. Is possible.

電荷移動層に電解液を使用する場合、含有する酸化還元対イオンとしては、一般に公知の太陽電池などにおいて使用することができるものであれば特に限定されない。   When using an electrolytic solution for the charge transfer layer, the redox counter ion contained is not particularly limited as long as it can be used in a generally known solar cell.

具体的には、I-/I3-系、Br2-/Br3-系等の酸化還元対イオンを含有させたもの、フェロシアン酸塩/フェリシアン酸塩やフェロセン/フェリシニウムイオン、コバルト錯体などの金属錯体等の金属酸化還元系、アルキルチオール−アルキルジスルフィド、ビオロゲン色素、ハイドロキノン/キノン等の有機酸化還元系、ポリ硫化ナトリウム、アルキルチオール/アルキルジスルフィドなどのイオウ化合物などを挙げることができる。ヨウ素系として更に具体的には、ヨウ素とLiI、NaI、KI、CsI、CaI2などの金属ヨウ化物との組み合わせ、テトラアルキルアンモニウムヨーダイド、ピリジニウムヨーダイド、イミダゾリウムヨーダイドなどの4級アンモニウム化合物や4級イミダゾリウム化合物のヨウ素塩などとの組み合わせなどが挙げられる。臭素系として更に具体的には、臭素とLiBr、NaBr、KBr、CsBr、CaBr2などの金属臭化物との組み合わせ、テトラアルキルアンモニウムブロマイド、ピリジニウムブロマイドなど4級アンモニウム化合物の臭素塩などとの組み合わせなどが挙げられる。 Specifically, those containing a redox counter ion such as I / I 3− and Br 2− / Br 3 − , ferrocyanate / ferricyanate, ferrocene / ferricinium ion, cobalt Examples include metal redox systems such as metal complexes such as complexes, organic redox systems such as alkylthiol-alkyldisulfides, viologen dyes, hydroquinone / quinone, and sulfur compounds such as sodium polysulfide and alkylthiol / alkyldisulfides. . More specifically as iodine, iodine and LiI, NaI, KI, CsI, a combination of a metal iodide such as CaI 2, tetraalkylammonium iodide, pyridinium iodide, quaternary ammonium compounds such as imidazolium iodide And combinations with iodine salts of quaternary imidazolium compounds. More specifically, bromine-based combinations include bromine and metal bromides such as LiBr, NaBr, KBr, CsBr, and CaBr 2 , and combinations of bromides of quaternary ammonium compounds such as tetraalkylammonium bromide and pyridinium bromide. Can be mentioned.

溶剤としては電気化学的に不活性で、粘度が低くイオン易動度を向上したり、もしくは誘電率が高く有効キャリア濃度を向上したりして、優れたイオン伝導性を発現できる化合物であることが望ましい。具体的にはジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネートなどのカーボネート化合物、3−メチル−2−オキサゾリジノンなどの複素環化合物、ジオキサン、ジエチルエーテルなどのエーテル化合物、エチレングリコールジアルキルエーテル、プロピレングリコールジアルキルエーテル、ポリエチレングリコールジアルキルエーテル、ポリプロピレングリコールジアルキルエーテルなどの鎖状エーテル類、メタノール、エタノール、エチレングリコールモノアルキルエーテル、プロピレングリコールモノアルキルエーテル、ポリエチレングリコールモノアルキルエーテル、ポリプロピレングリコールモノアルキルエーテルなどのアルコール類、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、ポリエチレングリコール、プロピレングリコール、ポリプロピレングリコール、グリセリンなどの多価アルコール類、アセトニトリル、グルタロジニトリル、プロピオニトリル、メトキシプロピオニトリル、メトキシアセトニトリル、ベンゾニトリルなどのニトリル化合物、更にテトラヒドロフラン、ジメチルスルフォキシド、スルフォランなど非プロトン極性物質などを用いることができる。   As a solvent, it is an electrochemically inert compound that has low viscosity and improved ion mobility, or has a high dielectric constant and improved effective carrier concentration, and can exhibit excellent ionic conductivity. Is desirable. Specifically, carbonate compounds such as dimethyl carbonate, diethyl carbonate, ethylene carbonate, propylene carbonate, heterocyclic compounds such as 3-methyl-2-oxazolidinone, ether compounds such as dioxane, diethyl ether, ethylene glycol dialkyl ether, propylene glycol dialkyl Ethers, chain ethers such as polyethylene glycol dialkyl ether, polypropylene glycol dialkyl ether, alcohols such as methanol, ethanol, ethylene glycol monoalkyl ether, propylene glycol monoalkyl ether, polyethylene glycol monoalkyl ether, polypropylene glycol monoalkyl ether, Ethylene glycol, diethylene glycol, Polyhydric alcohols such as reethylene glycol, polyethylene glycol, propylene glycol, polypropylene glycol, glycerin, nitrile compounds such as acetonitrile, glutarodinitrile, propionitrile, methoxypropionitrile, methoxyacetonitrile, benzonitrile, tetrahydrofuran, dimethylsulfur Aprotic polar substances such as foxide and sulfolane can be used.

好ましい電解質濃度は0.1M/L以上15M/L以下であり、更に好ましくは0.2M/L以上10M/L以下である。また、ヨウ素系を使用する場合の好ましいヨウ素の添加濃度は0.01M/L以上0.5M/L以下である。   A preferable electrolyte concentration is 0.1 M / L or more and 15 M / L or less, and more preferably 0.2 M / L or more and 10 M / L or less. Moreover, the preferable addition density | concentration of an iodine when using an iodine type is 0.01 M / L or more and 0.5 M / L or less.

溶融塩電解質は、光電変換効率と耐久性の両立という観点から好ましい。溶融塩電解質としては、例えばWO95/18456号、特開平8−259543号、特開2001−357896号、電気化学,第65巻,11号,923頁(1997年)等に記載されているピリジニウム塩、イミダゾリウム塩、トリアゾリウム塩等の既知のヨウ素塩を含む電解質を挙げることができる。これらの溶融塩電解質は常温で溶融状態であるものが好ましく、溶媒を用いない方が好ましい。   The molten salt electrolyte is preferable from the viewpoint of achieving both photoelectric conversion efficiency and durability. Examples of the molten salt electrolyte include pyridinium salts described in WO95 / 18456, JP-A-8-259543, JP-A-2001-357896, Electrochemistry, Vol. 65, No. 11, page 923 (1997), and the like. And electrolytes containing known iodine salts such as imidazolium salts and triazolium salts. These molten salt electrolytes are preferably in a molten state at room temperature, and it is preferable not to use a solvent.

オリゴマ−及びポリマー等のマトリックスに電解質あるいは電解質溶液を含有させたものや、ポリマー添加、低分子ゲル化剤やオイルゲル化剤添加、多官能モノマー類を含む重合、ポリマーの架橋反応等の手法によりゲル化(擬固体化)させて使用することもできる。ポリマー添加によりゲル化させる場合は、特にポリアクリロニトリル、ポリフッ化ビニリデンを好ましく使用することができる。オイルゲル化剤添加によりゲル化させる場合は、好ましい化合物は分子構造中にアミド構造を有する化合物である。また、ポリマーの架橋反応により電解質をゲル化させる場合、架橋可能な反応性基を含有するポリマーおよび架橋剤を併用することが望ましい。この場合、好ましい架橋可能な反応性基は、含窒素複素環(例えば、ピリジン環、イミダゾール環、チアゾール環、オキサゾール環、トリアゾール環、モルホリン環、ピペリジン環、ピペラジン環など)であり、好ましい架橋剤は、窒素原子に対して求電子反応可能な2官能以上の試薬(例えば、ハロゲン化アルキル、ハロゲン化アラルキル、スルホン酸エステル、酸無水物、酸クロライド、イソシアネートなど)である。電解質の濃度は通常0.01〜99質量%で好ましくは0.1〜90質量%程度である。   Gels prepared by adding an electrolyte or electrolyte solution to an oligomer or polymer matrix, polymer addition, addition of low-molecular gelling agent or oil gelling agent, polymerization including polyfunctional monomers, polymer crosslinking reaction, etc. (Pseudo-solidification) can also be used. In the case of gelation by adding a polymer, polyacrylonitrile and polyvinylidene fluoride can be preferably used. In the case of gelation by adding an oil gelling agent, a preferred compound is a compound having an amide structure in the molecular structure. Further, when the electrolyte is gelled by a polymer crosslinking reaction, it is desirable to use a polymer containing a crosslinkable reactive group and a crosslinking agent in combination. In this case, a preferable crosslinkable reactive group is a nitrogen-containing heterocyclic ring (for example, a pyridine ring, an imidazole ring, a thiazole ring, an oxazole ring, a triazole ring, a morpholine ring, a piperidine ring, a piperazine ring), and a preferable crosslinking agent. Is a bifunctional or higher functional reagent (for example, alkyl halide, halogenated aralkyl, sulfonate ester, acid anhydride, acid chloride, isocyanate, etc.) capable of electrophilic reaction with a nitrogen atom. The concentration of the electrolyte is usually 0.01 to 99% by mass, and preferably about 0.1 to 90% by mass.

また、ゲル状電解質としては、電解質と、金属酸化物粒子および/または導電性粒子とを含む電解質組成物を用いることもできる。金属酸化物粒子としては、TiO2、SnO2、WO3、ZnO、ITO、BaTiO3、Nb25、In23、ZrO2、Ta25、La23、SrTiO3、Y23、Ho23、Bi23、CeO2、Al23からなる群から選択される1種または2種以上の混合物が挙げられる。これらは不純物がドープされたものや複合酸化物などであってもよい。導電性粒子としては、カーボンを主体とする物質からなるものが挙げられる。 In addition, as the gel electrolyte, an electrolyte composition containing an electrolyte and metal oxide particles and / or conductive particles can also be used. As the metal oxide particles, TiO 2 , SnO 2 , WO 3 , ZnO, ITO, BaTiO 3 , Nb 2 O 5 , In 2 O 3 , ZrO 2 , Ta 2 O 5 , La 2 O 3 , SrTiO 3 , Y Examples thereof include one or a mixture of two or more selected from the group consisting of 2 O 3 , Ho 2 O 3 , Bi 2 O 3 , CeO 2 , and Al 2 O 3 . These may be doped impurities or complex oxides. Examples of the conductive particles include those made of a substance mainly composed of carbon.

次に、高分子電解質としては、酸化還元種を溶解あるいは酸化還元種を構成する少なくとも1つの物質と結合することができる固体状の物質であり、例えば、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド、ポリエチレンサクシネート、ポリ−β−プロピオラクトン、ポリエチレンイミン、ポリアルキレンスルフィドなどの高分子化合物またはそれらの架橋体、ポリフォスファゼン、ポリシロキサン、ポリビニルアルコール、ポリアクリル酸、ポリアルキレンオキサイドなどの高分子官能基に、ポリエーテルセグメントまたはオリゴアルキレンオキサイド構造を側鎖として付加したものまたはそれらの共重合体などが挙げられ、その中でも特にオリゴアルキレンオキサイド構造を側鎖として有するものやポリエーテルセグメントを側鎖として有するものが好ましい。   Next, the polymer electrolyte is a solid substance capable of dissolving the redox species or binding with at least one substance constituting the redox species, for example, polyethylene oxide, polypropylene oxide, polyethylene succinate, Polymer functional groups such as poly-β-propiolactone, polyethyleneimine, polyalkylene sulfide, or cross-linked products thereof, polyphosphazene, polysiloxane, polyvinyl alcohol, polyacrylic acid, polyalkylene oxide, Examples include those obtained by adding a polyether segment or oligoalkylene oxide structure as a side chain or a copolymer thereof. Among them, those having an oligoalkylene oxide structure as a side chain or a polyether segment as a side chain. Those with is preferable.

前記の固体中に酸化還元種を含有させるには、例えば、高分子化合物となるモノマーと酸化還元種との共存下で重合する方法、高分子化合物などの固体を必要に応じて溶媒に溶解し、次いで、前記の酸化還元種を加える方法等を用いることができる。酸化還元種の含有量は、必要とするイオン伝導性能に応じて、適宜選定することができる。   In order to contain the redox species in the solid, for example, a method of polymerizing in the coexistence of a monomer that becomes a polymer compound and a redox species, a solid such as a polymer compound is dissolved in a solvent as necessary. Then, the above-described method of adding the redox species can be used. The content of the redox species can be appropriately selected according to the required ion conduction performance.

本発明では、溶融塩などのイオン伝導性電解質の代わりに、有機または無機あるいはこの両者を組み合わせた固体の正孔輸送材料を使用することができる。有機正孔輸送材料としては、芳香族アミン類やトリフェニレン誘導体類、更にポリアセチレンおよびその誘導体、ポリ(p−フェニレン)およびその誘導体、ポリ(p−フェニレンビニレン)およびその誘導体、ポリチエニレンビニレンおよびその誘導体、ポリチオフェンおよびその誘導体、ポリアニリンおよびその誘導体、ポリトルイジンおよびその誘導体等の導電性高分子を好ましく用いることができる。正孔(ホール)輸送材料にはドーパントレベルをコントロールするためにトリス(4−ブロモフェニル)アミニウムヘキサクロロアンチモネートのようなカチオンラジカルを含有する化合物を添加したり、酸化物半導体表面のポテンシャル制御(空間電荷層の補償)を行うためにLi[(CF3SO22N]のような塩を添加しても構わない。無機正孔輸送材料としては、p型無機化合物半導体を用いることができる。この目的のp型無機化合物半導体は、バンドギャップが2eV以上であることが好ましく、さらに2.5eV以上であることが好ましい。また、p型無機化合物半導体のイオン化ポテンシャルは色素の正孔を還元できる条件から、色素吸着電極のイオン化ポテンシャルより小さいことが必要である。使用する色素によってp型無機化合物半導体のイオン化ポテンシャルの好ましい範囲は異なってくるが、一般に4.5eV以上5.5eV以下であることが好ましく、さらに4.7eV以上5.3eV以下であることが好ましい。好ましいp型無機化合物半導体は一価の銅を含む化合物半導体であり、CuI及びCuSCNが好ましく、CuIが最も好ましい。p型無機化合物半導体を含有する電荷移動層の好ましいホール移動度は10-4cm2/V・sec以上104cm2/V・sec以下であり、更に好ましくは10-3cm2/V・sec以上103cm2/V・sec以下である。また、電荷輸送層の好ましい導電率は10-8S/cm以上102S/cm以下であり、更に好ましくは10-6S/cm以上10S/cm以下である。 In the present invention, instead of an ion conductive electrolyte such as a molten salt, a solid hole transport material which is organic or inorganic or a combination of both can be used. Organic hole transport materials include aromatic amines and triphenylene derivatives, polyacetylene and its derivatives, poly (p-phenylene) and its derivatives, poly (p-phenylene vinylene) and its derivatives, polythienylene vinylene and its Conductive polymers such as derivatives, polythiophene and derivatives thereof, polyaniline and derivatives thereof, polytoluidine and derivatives thereof can be preferably used. In order to control the dopant level, the hole transport material may be added with a compound containing a cation radical such as tris (4-bromophenyl) aminium hexachloroantimonate, or the potential control of the oxide semiconductor surface ( A salt such as Li [(CF 3 SO 2 ) 2 N] may be added to perform compensation of the space charge layer. A p-type inorganic compound semiconductor can be used as the inorganic hole transport material. The p-type inorganic compound semiconductor for this purpose preferably has a band gap of 2 eV or more, and more preferably 2.5 eV or more. Also, the ionization potential of the p-type inorganic compound semiconductor needs to be smaller than the ionization potential of the dye-adsorbing electrode from the condition that the holes of the dye can be reduced. Although the preferable range of the ionization potential of the p-type inorganic compound semiconductor varies depending on the dye used, it is generally preferably 4.5 eV or more and 5.5 eV or less, and more preferably 4.7 eV or more and 5.3 eV or less. . A preferred p-type inorganic compound semiconductor is a compound semiconductor containing monovalent copper, preferably CuI and CuSCN, and most preferably CuI. The preferred hole mobility of the charge transfer layer containing the p-type inorganic compound semiconductor is 10 −4 cm 2 / V · sec or more and 10 4 cm 2 / V · sec or less, and more preferably 10 −3 cm 2 / V · sec. sec to 10 3 cm 2 / V · sec. The preferable conductivity of the charge transport layer is 10 −8 S / cm or more and 10 2 S / cm or less, and more preferably 10 −6 S / cm or more and 10 S / cm or less.

本発明において、電荷移動層4を半導体電極とカソード電極5との間に形成する方法としては、特に限定されるものではないが、例えば、半導体電極とカソード電極とを対向配置してから両電極間に前述した電解液や各種電解質を充填して電荷移動層4とする方法、半導体電極またはカソード電極の上に電解質や各種電解質を滴下あるいは塗布等することにより電荷移動層4を形成したのち電荷移動層4の上に他方の電極を重ね合わせる方法、電荷移動層以外を封止したセルの電極に電解質注入用の穴を設け、そこから電解質を注入して電荷移動層4を形成させる方法等を用いることができる。また、半導体電極とカソード電極との間から電解質が漏れ出さないようにするため、必要に応じて半導体電極とカソード電極との隙間にフィルムや樹脂を用いて封止したり、半導体電極と電荷移動層4とカソード電極5を適当なケースに収納したりすることも好ましい。   In the present invention, the method for forming the charge transfer layer 4 between the semiconductor electrode and the cathode electrode 5 is not particularly limited. For example, the semiconductor electrode and the cathode electrode are disposed opposite to each other, and then both electrodes are disposed. A method of forming the charge transfer layer 4 by filling the above-described electrolyte solution and various electrolytes in between, and forming the charge transfer layer 4 by dropping or coating the electrolyte or various electrolytes on the semiconductor electrode or the cathode electrode, and then charge A method of superimposing the other electrode on the moving layer 4, a method of forming a hole for electrolyte injection in the electrode of the cell sealed except for the charge moving layer, and forming the charge moving layer 4 by injecting the electrolyte therefrom Can be used. In addition, in order to prevent electrolyte from leaking between the semiconductor electrode and the cathode electrode, the gap between the semiconductor electrode and the cathode electrode is sealed with a film or resin as necessary, or the semiconductor electrode and the charge transfer It is also preferable to store the layer 4 and the cathode electrode 5 in an appropriate case.

前者の形成方法の場合、電荷移動層の充填方法として、浸漬等による毛管現象を利用する常圧プロセス、または常圧より低い圧力にして間隙の気相を液相に置換する真空プロセスを利用できる。   In the case of the former forming method, as a method for filling the charge transfer layer, a normal pressure process using capillary action by dipping or the like, or a vacuum process in which the gas phase in the gap is replaced with a liquid phase at a pressure lower than normal pressure can be used. .

後者の形成方法の場合、塗布方法としてはマイクログラビアコーティング、ディップコーティング、スクリーンコーティング、スピンコーティング等を用いることができる。湿式の電荷移動層においては未乾燥のまま対極を付与し、エッジ部の液漏洩防止措置を施すことになる。またゲル電解質の場合には湿式で塗布して重合等の方法により固体化する方法があり、その場合には乾燥、固定化した後に対極を付与することもできる。   In the latter forming method, microgravure coating, dip coating, screen coating, spin coating or the like can be used as a coating method. In the wet charge transfer layer, the counter electrode is provided in an undried state and measures for preventing liquid leakage at the edge portion are taken. In the case of a gel electrolyte, there is a method in which it is applied in a wet manner and solidified by a method such as polymerization. In this case, the counter electrode can be applied after drying and fixing.

固体電解質や固体の正孔(ホール)輸送材料の場合には真空蒸着法やCVD法等のドライ成膜処理で電荷移動層を形成し、その後カソード電極を付与することもできる。具体的には、真空蒸着法、キャスト法、塗布法、スピンコート法、浸漬法、電解重合法、光電解重合法等の手法により電極内部に導入することができ、必要に応じて基材を任意の温度に加熱して溶媒を蒸発させるなどにより形成する。   In the case of a solid electrolyte or a solid hole transport material, a charge transfer layer can be formed by a dry film formation process such as a vacuum deposition method or a CVD method, and then a cathode electrode can be applied. Specifically, it can be introduced into the electrode by techniques such as vacuum deposition, casting, coating, spin coating, dipping, electrolytic polymerization, and photoelectropolymerization, and the substrate can be It is formed by evaporating the solvent by heating to an arbitrary temperature.

電荷移動層の厚さは10μm以下、より好ましくは5μm以下、更に1μm以下であることが好ましい。また電荷移動層の導電率は1×10-10S/cm以上であることが好ましく、1×10-5S/cm以上であることが更に好ましい。 The thickness of the charge transfer layer is preferably 10 μm or less, more preferably 5 μm or less, and further preferably 1 μm or less. The conductivity of the charge transfer layer is preferably 1 × 10 −10 S / cm or more, more preferably 1 × 10 −5 S / cm or more.

<カソード電極>
本発明で使用できるカソード電極は、前述した導電性基材と同様に、それ自体が導電性を有する基材の単層構造、またはその表面に対極導電層を有する基材を利用することができる。後者の場合、対極導電層に用いる導電性材料、基材、更にその製造方法としては、前述した導電性基材1の場合と同様で、公知の種々の材料及び方法を適用することができる。その中でも、I3−イオン等の酸化や他のレドックスイオンの還元反応を充分な速さで行わせる触媒能を持ったものを使用することが好ましく、具体的には白金電極、導電材料表面に白金めっきや白金蒸着を施したもの、ロジウム金属、ルテニウム金属、酸化ルテニウム、カーボン等が挙げられる。また、前述と同様にコスト面や可撓性を考慮すると、プラスチックシートを基材として使用し、導電性材料としてポリマー系材料を塗布して使用することも好ましい態様の1つである。
<Cathode electrode>
As the cathode electrode that can be used in the present invention, a single-layer structure of a substrate having conductivity itself, or a substrate having a counter electrode conductive layer on the surface thereof can be used in the same manner as the conductive substrate described above. . In the latter case, the conductive material and the base material used for the counter electrode conductive layer, and the manufacturing method thereof are the same as those of the conductive base material 1 described above, and various known materials and methods can be applied. Among them, it is preferable to use those having catalytic ability to perform oxidation of I 3 -ion or the like or reduction reaction of other redox ions at a sufficient speed. Specifically, the surface of the platinum electrode or conductive material is used. Examples thereof include platinum-plated or platinum-deposited, rhodium metal, ruthenium metal, ruthenium oxide, and carbon. In view of cost and flexibility as described above, it is also one of preferred embodiments that a plastic sheet is used as a base material and a polymer material is applied as a conductive material.

対極導電層の厚さは特に制限されないが、3nm〜10μmが好ましい。対極導電層が金属である場合は、その厚さは好ましくは5μm以下であり、さらに好ましくは10nm〜3μmの範囲である。カソード電極の表面抵抗は低い程よく、具体的には表面抵抗の範囲としては50Ω/□以下であることが好ましく、20Ω/□以下であることがより好ましく、10Ω/□以下であることが更に好ましい。   The thickness of the counter electrode conductive layer is not particularly limited, but is preferably 3 nm to 10 μm. When the counter electrode conductive layer is a metal, the thickness is preferably 5 μm or less, and more preferably in the range of 10 nm to 3 μm. The surface resistance of the cathode electrode is preferably as low as possible. Specifically, the range of the surface resistance is preferably 50Ω / □ or less, more preferably 20Ω / □ or less, still more preferably 10Ω / □ or less. .

前述した導電性基材1とカソード電極5のいずれか一方または両方から光を受光してよいので、導電性基材とカソード電極の少なくとも一方が実質的に透明であれば良い。発電効率の向上の観点からは、導電性基材を透明にして、光を導電性基材側から入射させるのが好ましい。この場合カソード電極は光を反射する性質を有するのが好ましい。このようなカソード電極としては、金属または導電性の酸化物を蒸着したガラスまたはプラスチック、あるいは金属薄膜を使用できる。   Since light may be received from one or both of the conductive substrate 1 and the cathode electrode 5 described above, it is sufficient that at least one of the conductive substrate and the cathode electrode is substantially transparent. From the viewpoint of improving the power generation efficiency, it is preferable to make the conductive base material transparent so that light enters from the conductive base material side. In this case, the cathode electrode preferably has a property of reflecting light. As such a cathode electrode, glass or plastic deposited with a metal or a conductive oxide, or a metal thin film can be used.

カソード電極は、前述した電荷移動層上に直接導電性材料を塗布、メッキまたは蒸着(PVD、CVD)するか、対極導電層を有する基材の導電層側または導電性基材単層を貼り付ければよい。また、導電性基材の場合と同様に、特にカソード電極が透明の場合には、金属配線層を併用することも好ましい態様のひとつである。   For the cathode electrode, a conductive material is directly applied, plated, or vapor deposited (PVD, CVD) on the above-described charge transfer layer, or a conductive layer side of a base material having a counter electrode conductive layer or a single conductive base material layer is pasted. That's fine. In addition, as in the case of the conductive base material, it is also one of preferred embodiments to use a metal wiring layer in combination, particularly when the cathode electrode is transparent.

対極としては導電性を持っており、レドックス電解質の還元反応を触媒的に作用するものが好ましい。例えばガラス、もしくは高分子フィルムに白金、カーボン、ロジウム、ルテニウム等を蒸着し、導電性微粒子を塗り付けたものが用いうる。   The counter electrode is preferably conductive and has a catalytic action on the reduction reaction of the redox electrolyte. For example, glass, or a polymer film deposited with platinum, carbon, rhodium, ruthenium, etc. and coated with conductive fine particles can be used.

《半導体微粒子ペーストの調製》
半導体多孔質膜層は、半導体微粒子を含有するペーストを透明導電性基板上に積層塗布し、乾燥させた後に焼成させて作製した。以下、それぞれ半導体微粒子の分散ペーストを準備した。
<< Preparation of semiconductor fine particle paste >>
The semiconductor porous membrane layer was prepared by laminating and applying a paste containing semiconductor fine particles on a transparent conductive substrate, drying and baking. Hereinafter, a dispersion paste of semiconductor fine particles was prepared.

〔ペーストAの調製〕
テトライソプロポキシチタン(東京化成工業社製)28gに酢酸6gを滴下し、しばらく撹拌した後に0.1M硝酸を150ml加え、80℃まで昇温して5時間撹拌させた。得られた分散液にさらに純水を200ml加え、チタンカップを内包したオートクレーブ中で250℃高圧下12時間処理した。その後、SMT社製超音波分散機UH−300を用いて10分間間欠分散した後、遠心分離〜上澄み除去を繰り返しエタノールに置換した。ロータリーエバポレーターを用いて、最終的な固形分が15質量%となるまで調整し、30質量%のポリエチレングリコール(関東化学社製、分子量20000)水溶液を20g、活性剤(花王社製、エマルゲン120)0.5gを加えた。得られたペースト状分散液を、EXAKTテクノロジーズ社製3本ロールミルEXAKT80を用いて分散し、半導体微粒子分散ペーストAを調製した。
[Preparation of paste A]
6 g of acetic acid was added dropwise to 28 g of tetraisopropoxytitanium (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.), and after stirring for a while, 150 ml of 0.1M nitric acid was added, and the temperature was raised to 80 ° C. and stirred for 5 hours. 200 ml of pure water was further added to the obtained dispersion, and the mixture was treated in an autoclave containing a titanium cup under a high pressure of 250 ° C. for 12 hours. Then, after intermittently dispersing for 10 minutes using an ultrasonic disperser UH-300 manufactured by SMT, centrifugation and supernatant removal were repeatedly replaced with ethanol. Using a rotary evaporator, the final solid content is adjusted to 15% by mass, 20 g of 30% by mass aqueous polyethylene glycol (Kanto Chemical Co., Ltd., molecular weight 20000) aqueous solution, activator (Kao Co., Emulgen 120) 0.5 g was added. The obtained paste-like dispersion was dispersed using a 3-roll mill EXAKT80 manufactured by EXAK Technologies to prepare semiconductor fine particle dispersion paste A.

〔ペーストBの調製〕
前記テトライソプロポキシチタンに加えて、ペンタエトキシニオブ(高純度化学研究所社製)0.38gを混合した以外は前記ペーストAと同様にして半導体微粒子分散ペーストBを調製した。
[Preparation of paste B]
A semiconductor fine particle dispersion paste B was prepared in the same manner as the paste A, except that 0.38 g of pentaethoxyniobium (manufactured by High Purity Chemical Laboratory) was mixed in addition to the tetraisopropoxytitanium.

〔ペーストCの調製〕
前記ペーストAのテトライソプロポキシチタンに加えて、テトラブトキシジルコニウム(高純度化学研究所社製)0.38gを混合した以外は前記ペーストAと同様にして半導体微粒子分散ペーストCを調製した。
[Preparation of paste C]
A semiconductor fine particle dispersion paste C was prepared in the same manner as the paste A except that 0.38 g of tetrabutoxyzirconium (manufactured by Kojundo Chemical Laboratory Co., Ltd.) was mixed in addition to the tetraisopropoxytitanium of the paste A.

〔ペーストDの調製〕
前記ペーストAのテトライソプロポキシチタンに加えて、テトラブトキシジルコニウム(高純度化学研究所社製)0.76gを混合した以外は前記ペーストAと同様にして半導体微粒子分散ペーストDを調製した。
[Preparation of paste D]
A semiconductor fine particle dispersion paste D was prepared in the same manner as the paste A, except that 0.76 g of tetrabutoxyzirconium (manufactured by Kojundo Chemical Laboratory Co., Ltd.) was mixed in addition to the tetraisopropoxytitanium of the paste A.

《伝導帯およびLUMOのエネルギー準位評価》
上記で作製したペーストA〜Dに関し、それぞれのペーストを乾燥させ、500℃で60分間焼成して半導体粉末を得て、紫外線光電子分光装置(UPS)を用いて半導体の価電子帯(VB)を求め、別途、拡散反射紫外可視吸収スペクトルの吸収端からバンドギャップ(Eg)を求めることで、その差から伝導帯(CB)のエネルギー準位を算出した。その結果、ペーストAから得た半導体に対し、ペーストBがより高く、ペーストBよりもペーストCがより高く、更にペーストCよりもペーストDが伝導帯のエネルギー準位がより高い結果となった。
<< Evaluation of energy level of conduction band and LUMO >>
Regarding the pastes A to D produced above, each paste was dried and baked at 500 ° C. for 60 minutes to obtain a semiconductor powder, and a semiconductor valence band (VB) was measured using an ultraviolet photoelectron spectrometer (UPS). In addition, the energy level of the conduction band (CB) was calculated from the difference by separately obtaining the band gap (Eg) from the absorption edge of the diffuse reflection ultraviolet-visible absorption spectrum. As a result, compared to the semiconductor obtained from paste A, paste B was higher, paste C was higher than paste B, and paste D had a higher conduction band energy level than paste C.

また同様にして、下記化合物Aと化合物Bに示す色素についてもLUMOのエネルギー準位を見積もった。その結果、化合物A<化合物Bの順でLUMOのエネルギー準位が高い色素であることがわかった。   Similarly, the LUMO energy levels of the dyes shown in the following compounds A and B were also estimated. As a result, it was found that the dye had a higher LUMO energy level in the order of compound A <compound B.

Figure 2009016236
Figure 2009016236

《色素増感型太陽電池の作製》
〔SC−01の作製〕
フッ素をドープした酸化スズを導電層としてコートした透明導電性ガラス基板に、高周波マグネトロンスパッタリング装置を用い、酸化チタンをターゲット材に10nmの半導体膜を形成させた。その上から、上記ペーストAをスクリーン印刷法にて塗布し、自然乾燥の後、同様にして光反射層用の酸化チタンペースト(触媒化成工業社製HPW−400C)を印刷した。前記ペーストAにより形成される半導体多孔質膜の膜厚は約12μm、光反射層は2μm膜厚となるように、スクリーン印刷法で重ね印刷することで調製した。
<Production of dye-sensitized solar cell>
[Production of SC-01]
A 10 nm semiconductor film was formed on a transparent conductive glass substrate coated with fluorine-doped tin oxide as a conductive layer, using a high-frequency magnetron sputtering apparatus and titanium oxide as a target material. From the top, the paste A was applied by a screen printing method, and after natural drying, a titanium oxide paste for a light reflecting layer (HPW-400C manufactured by Catalyst Chemical Industry Co., Ltd.) was printed in the same manner. The semiconductor porous film formed by the paste A was prepared by overprinting by screen printing so that the film thickness of the semiconductor porous film was about 12 μm and the light reflection layer was 2 μm.

自然乾燥させた後、150℃の乾燥ゾーンに10分かけて通し、形成した半導体多孔質膜を5mm×5mm(有効面積0.25cm2)になるように周囲を削りとり、更に電気炉を用いて500℃で60分間焼成して、基板上に酸化チタンからなる半導体多孔質膜層を形成した。電気炉での焼成後、80℃程度まで冷却したところで、色素増感型太陽電池用のルテニウム錯体色素化合物A(N719)の3.0×10-3mol/L、アセトニトリル:t−ブタノール=1:1の溶液に24時間浸漬し、色素吸着後、前記のアセトニトリル:t−ブタノール溶液で過剰な色素を十分に洗い落とし、真空乾燥して色素を吸着させた半導体多孔質膜層を作製した。 After being naturally dried, it is passed through a drying zone at 150 ° C. for 10 minutes, and the formed semiconductor porous film is shaved so as to be 5 mm × 5 mm (effective area 0.25 cm 2 ), and an electric furnace is used. The substrate was baked at 500 ° C. for 60 minutes to form a semiconductor porous film layer made of titanium oxide on the substrate. After firing in an electric furnace, when cooled to about 80 ° C., 3.0 × 10 −3 mol / L of ruthenium complex dye compound A (N719) for dye-sensitized solar cell, acetonitrile: t-butanol = 1 1 was immersed for 24 hours, and after adsorption of the dye, the excess dye was sufficiently washed out with the acetonitrile: t-butanol solution, and vacuum dried to prepare a semiconductor porous film layer on which the dye was adsorbed.

カソード電極として、ITOガラス基板上に白金を真空蒸着し電解質を注入するための穴を設けた。前記半導体多孔質膜層と前記カソード電極とを6.5mm角の穴を開けた25μm厚のシート状スペーサー兼封止材(SOLARONIX社製SX−1170−25)を用いて張り合わせ、カソード電極に設けた電解液注入穴から、体積比が1:4であるアセトニトリル:炭酸エチレンの混合溶媒にテトラプロピルアンモニウムアイオダイド、沃素、t−ブチルピリジンとを、それぞれの濃度が0.46モル/リットル、0.06モル/リットル、0.50モル/リットルとなるように溶解したレドックス電解液を入れた電荷移動層を注入し、ホットボンドで穴を塞ぎ、上から前記封止剤を用いてカバーガラスを貼り付け封止した。前期透明導電性ガラス基板の受光面側に反射防止フィルム(コニカミノルタオプト社製ハードコート/反射防止タイプセルロース系フィルム)を張り合わせ、色素増感型太陽電池封止セルSC−01を作製した。   As a cathode electrode, a hole was formed on the ITO glass substrate for platinum vapor deposition and electrolyte injection. The semiconductor porous membrane layer and the cathode electrode are bonded to each other using a 25 μm-thick sheet spacer / sealing material (SX-1170-25 manufactured by SOLARONIX) having a 6.5 mm square hole, and the cathode electrode is provided. From the electrolyte injection hole, tetrapropylammonium iodide, iodine, and t-butylpyridine were mixed in a mixed solvent of acetonitrile: ethylene carbonate having a volume ratio of 1: 4, each concentration being 0.46 mol / liter, 0 .06 mol / liter, charge transfer layer containing redox electrolyte dissolved so as to be 0.50 mol / liter is injected, the hole is closed with a hot bond, and the cover glass is covered with the above-mentioned sealant from above. Affixed and sealed. An antireflection film (hard coat / antireflection type cellulose film manufactured by Konica Minolta Opto Co., Ltd.) was bonded to the light receiving surface side of the transparent conductive glass substrate in the previous period to prepare a dye-sensitized solar cell sealing cell SC-01.

〔SC−02の作製〕
前記SC−01の作製において、透明導電性ガラス基板側から順にペーストA、ペーストB、ペーストCをそれぞれ均等な膜厚になるよう積層し、ペーストA〜Cの積層膜厚が12μmと成るように半導体多孔質膜層を形成した以外は前記SC−01と同様にSC−02を作製した。
[Production of SC-02]
In the production of SC-01, the paste A, paste B, and paste C are laminated in order from the transparent conductive glass substrate side so as to have uniform film thicknesses, and the laminated film thickness of the pastes A to C is 12 μm. SC-02 was produced in the same manner as SC-01 except that the semiconductor porous membrane layer was formed.

〔SC−03の作製〕
前記SC−02の作製において、色素を化合物Bに示す色素に置き換えた以外は前記SC−01と同様にSC−03を作製した。
[Production of SC-03]
SC-03 was prepared in the same manner as SC-01 except that the dye was replaced with the dye shown in Compound B in the preparation of SC-02.

〔SC−04の作製〕
前記SC−02の作製において、化合物Aおよび化合物Bを等molずつ混合した、3.0×10-3mol/Lの色素溶液を用いた以外は前記SC−01と同様にSC−04を作製した。
[Production of SC-04]
In the preparation of SC-02, SC-04 was prepared in the same manner as SC-01 except that a 3.0 × 10 −3 mol / L dye solution in which equimolar amounts of Compound A and Compound B were mixed was used. did.

〔SC−05の作製〕
前記SC−04の作製において、透明導電性ガラス基板側から順にペーストC、ペーストB、ペーストAをそれぞれ均等な膜厚になるよう積層した以外は前記SC−04と同様にSC−05を作製した。
[Production of SC-05]
In the production of SC-04, SC-05 was produced in the same manner as SC-04 except that paste C, paste B, and paste A were laminated in order from the transparent conductive glass substrate side so as to have uniform film thicknesses. .

〔SC−06の作製〕
前記SC−01の作製において、透明導電性ガラス基板側から順にペーストA、ペーストC、ペーストDをそれぞれ均等な膜厚になるよう積層し、ペーストA、C、Dの積層膜厚が12μmと成るように半導体多孔質膜層を形成し、また、前記SC−04と同様に色素吸着させた以外は前記SC−01と同様にSC−06を作製した。
[Production of SC-06]
In the production of SC-01, the paste A, paste C, and paste D are laminated in order from the transparent conductive glass substrate side so as to have an equal film thickness, and the laminated film thickness of the pastes A, C, and D becomes 12 μm. A semiconductor porous membrane layer was formed as described above, and SC-06 was prepared in the same manner as SC-01 except that the dye was adsorbed in the same manner as SC-04.

〔SC−07の作製〕
前記SC−06の作製において、化合物Aに示した色素を吸着したのち、アセトンで半導体多孔質膜の表層付近を洗浄し、続いて化合物Bに示した色素の3.0×10-3mol/Lアセトニトリル:t−ブタノール=1:1溶液に浸漬させた以外は前記SC−06と同様にしてSC−07を作製した。
[Production of SC-07]
In the preparation of SC-06, after adsorbing the dye shown in Compound A, the vicinity of the surface layer of the semiconductor porous film was washed with acetone, and then 3.0 × 10 −3 mol / kg of the dye shown in Compound B. SC-07 was prepared in the same manner as SC-06 except that it was immersed in a solution of L acetonitrile: t-butanol = 1: 1.

《太陽電池の光電変換特性評価》
上記方法で作製した太陽電池セルについて、ソーラーシミュレーター(日本分光社製、低エネルギー分光感度測定装置CEP−25)により、AM1.5フィルタ、100mW/m2の強度の光を照射した時の特性を測定し、短絡電流Jsc(mA/cm2)および開放電圧値Voc(V)を、同じ構成および作製方法で3つ評価し平均値を表1に示した。またJsc、VocとFF(フィルファクター)から光電変換効率η(%)を求め同じく表1に示した。
<< Evaluation of photoelectric conversion characteristics of solar cells >>
About the solar cell produced by the above method, the characteristics when irradiated with light of AM1.5 filter and intensity of 100 mW / m 2 by solar simulator (manufactured by JASCO Corporation, low energy spectral sensitivity measuring device CEP-25). Three short circuit currents Jsc (mA / cm 2 ) and open circuit voltage value Voc (V) were evaluated with the same configuration and fabrication method, and the average values are shown in Table 1. Further, the photoelectric conversion efficiency η (%) was obtained from Jsc, Voc and FF (fill factor) and is also shown in Table 1.

Figure 2009016236
Figure 2009016236

表1から、本発明の実施によって更に高効率な色素増感型太陽電池が達成できていることがわかる。具体的には、本発明の実施例SC−04では、伝導体のエネルギー準位が異なる半導体組成を積層し、且つ、2種以上の色素を併用することによって、比較例のSC−01〜SC−03に対して特にJscの向上が見られた。これは、エネルギー準位が異なる半導体組成を、SC−04とは逆に積層した比較例SC−05の構成が、予想通り逆効果であったことからも本発明の効果が確認できた。また、SC−06では、金属ドーパントの量を変化させることで伝導体のエネルギー準位をコントロールする水準としたが、この構成でも同様に本発明の効果が得られた。更に、SC−07では増感色素を複層吸着させることで更なるJscの向上が見られ、また興味深いことに取り出し電圧のVocにも効果が見られることが明らかとなった。これは、半導体の伝導体エネルギー準位に最適なLUMOレベルを有する色素との組み合わせで初めて見出される効果だと考えられる。   From Table 1, it can be seen that a dye-sensitized solar cell with higher efficiency can be achieved by carrying out the present invention. Specifically, in Example SC-04 of the present invention, by stacking semiconductor compositions having different energy levels of conductors and using two or more dyes in combination, SC-01 to SC of Comparative Example In particular, improvement in Jsc was observed with respect to -03. The effect of the present invention was also confirmed from the fact that the configuration of Comparative Example SC-05 in which the semiconductor compositions having different energy levels were stacked opposite to SC-04 had the opposite effect as expected. In SC-06, the energy level of the conductor was controlled by changing the amount of the metal dopant, but the effect of the present invention was also obtained with this configuration. Furthermore, in SC-07, it was clarified that the Jsc was further improved by adsorbing the sensitizing dye in multiple layers, and interestingly, the Voc of the extraction voltage was also effective. This is considered to be an effect found for the first time in combination with a dye having an LUMO level optimum for the semiconductor conductor energy level.

図1は本発明の色素増感型太陽電池の基本構造を示す概略断面図である。FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing the basic structure of the dye-sensitized solar cell of the present invention. 図2は本発明に掛かる、半導体の伝導帯エネルギー準位と、増感色素のLUMOレベルの関係を模した図である。FIG. 2 is a diagram simulating the relationship between the conduction band energy level of a semiconductor and the LUMO level of a sensitizing dye according to the present invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 導電性基材
11 光透過性基材
12 導電層
2 半導体多孔質膜層
21 光吸収層
22 光反射層
3 色素
4 電荷移動層
5 カソード電極
6 対向基板
7 封止材
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Conductive base material 11 Light transmissive base material 12 Conductive layer 2 Semiconductor porous membrane layer 21 Light absorption layer 22 Light reflection layer 3 Dye 4 Charge transfer layer 5 Cathode electrode 6 Opposite substrate 7 Sealing material

Claims (6)

透明導電性基板の表面に、少なくとも増感色素を吸着させた半導体多孔質膜層からなる層を形成させたアノード電極と、該アノード電極の半導体多孔質膜層の側に対向するカソード電極、及び前記アノード電極とカソード電極の2枚の電極間に電解質を封止した構成を有する色素増感型太陽電池において、該半導体多孔質膜層が伝導帯のエネルギー準位が異なる少なくとも2種以上の半導体組成からなり、且つ、前記透明導電性基板に向かって段階的にもしくは連続的に伝導帯のエネルギー準位が低くなるように積層され、更に、前記半導体多孔質膜層に少なくとも2種以上の増感色素が吸着していることを特徴とする色素増感型太陽電池。 An anode electrode in which a layer composed of at least a semiconductor porous film layer on which a sensitizing dye is adsorbed is formed on the surface of a transparent conductive substrate; a cathode electrode facing the semiconductor porous film layer side of the anode electrode; and In the dye-sensitized solar cell having a configuration in which an electrolyte is sealed between the two electrodes of the anode electrode and the cathode electrode, the semiconductor porous film layer has at least two kinds of semiconductors having different energy levels in the conduction band It is laminated so that the energy level of the conduction band decreases stepwise or continuously toward the transparent conductive substrate, and at least two or more types of increase are added to the semiconductor porous film layer. A dye-sensitized solar cell, wherein a dye-sensitizing dye is adsorbed. 前記増感色素が、少なくともLUMOレベルの異なる2種以上の色素からなることを特徴とする請求項1記載の色素増感型太陽電池。 The dye-sensitized solar cell according to claim 1, wherein the sensitizing dye comprises at least two kinds of dyes having different LUMO levels. 前記増感色素の少なくとも1種が、下記一般式(1)または下記一般式(2)で示される色素であることを特徴とする請求項1又は2記載の色素増感型太陽電池。
Figure 2009016236
(式中、X11〜X14及びX21〜X26は、それぞれ独立に酸素原子、硫黄原子、セレン原子のいずれかを表し、R12、R13、及びR22、R23はそれぞれ独立に水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、アルケニル基、アリール基、複素環基、ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基、ヒドロキシ基、メルカプト基、カルボキシル基、カルボニル基、オキシカルボニル基、カルバモイル基、アルコキシ基、複素環オキシ基、カルボニルオキシ基、ウレタン基、スルホキシル基、スルホニルオキシ基、アミノ基、スルホニルアミノ基、スルファモイルアミノ基、アシルアミノ基、ウレイド基、スルホニル基、スルファモイル基、アルキルチオ基、アリールチオ基又は複素環チオ基を表し、これらの置換基は上記に示した置換基によってさらに置換されていてもよい。また、R12、R13、及びR22、R23はそれぞれ互いに結合して環構造を形成してもよい。R14は−COOH基または−PO32基を表し、R24、R26は水素原子、−COOH基または−PO32基を表し、少なくとも1つは−COOH基または−PO32基を表す。L11、及びL21、L22はそれぞれ独立にメチレン基、エチレン基又はプロピレン基を表す。R15、及びR25は置換または無置換アルキル基を表す。R11、及びR21は上述したR12、R13、及びR22、R23と同義の基を表す。nは1〜4の整数を表す。)
The dye-sensitized solar cell according to claim 1 or 2, wherein at least one of the sensitizing dyes is a dye represented by the following general formula (1) or the following general formula (2).
Figure 2009016236
(Wherein X 11 to X 14 and X 21 to X 26 each independently represent an oxygen atom, a sulfur atom or a selenium atom, and R 12 , R 13 , R 22 and R 23 are each independently Hydrogen atom, alkyl group, cycloalkyl group, alkenyl group, aryl group, heterocyclic group, halogen atom, cyano group, nitro group, hydroxy group, mercapto group, carboxyl group, carbonyl group, oxycarbonyl group, carbamoyl group, alkoxy group , Heterocyclic oxy group, carbonyloxy group, urethane group, sulfoxyl group, sulfonyloxy group, amino group, sulfonylamino group, sulfamoylamino group, acylamino group, ureido group, sulfonyl group, sulfamoyl group, alkylthio group, arylthio group Or a heterocyclic thio group, and these substituents are further substituted by the substituents shown above. May be. Moreover, R 12, R 13, and R 22, R 23 good .R 14 be bonded to form a ring structure, respectively represent a -COOH group or a -PO 3 H 2 group , R 24 and R 26 each represent a hydrogen atom, —COOH group or —PO 3 H 2 group, and at least one represents a —COOH group or —PO 3 H 2 group, L 11 , L 21 and L 22 represent Each independently represents a methylene group, an ethylene group or a propylene group, R 15 and R 25 each represents a substituted or unsubstituted alkyl group, and R 11 and R 21 represent R 12 , R 13 and R 22 , R Represents a group having the same meaning as 23. n represents an integer of 1 to 4.)
前記伝導帯のエネルギー準位が異なる少なくとも2種以上の半導体組成が、少なくとも1種は金属ドープにより形成され、且つ、該金属ドープされた半導体組成は、それぞれが異なる元素種の金属ドープからなることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項記載の色素増感型太陽電池。 At least two kinds of semiconductor compositions having different energy levels of the conduction bands are formed by metal doping, and the metal-doped semiconductor composition is made of metal doping of different element types. The dye-sensitized solar cell according to any one of claims 1 to 3. 前記伝導帯のエネルギー準位が異なる少なくとも2種以上の半導体組成が、少なくとも2種はそれぞれの金属ドーパントのドープ量が異なる半導体組成であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項記載の色素増感型太陽電池。 The semiconductor composition of at least 2 or more types from which the energy level of the said conduction band differs is a semiconductor composition from which the doping amount of each metal dopant differs by at least 2 sort (s). The dye-sensitized solar cell described. 前記伝導帯のエネルギー準位が異なる少なくとも2種以上の半導体組成が、少なくとも1種は酸化チタン単独組成からなり、且つ、該酸化チタンは最も伝導体のエネルギー準位が低いことを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項記載の色素増感型太陽電池。 The at least two or more semiconductor compositions having different energy levels in the conduction band are composed of at least one titanium oxide single composition, and the titanium oxide has the lowest energy level of the conductor. Item 6. The dye-sensitized solar cell according to any one of Items 1 to 5.
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